Yan rüzgar koşullarında ön kısmı düz plakalı bir otobüs modeli üzerindeki aerodinamik direncin düşürülmesi

Yıl 2022, Cilt: 11 Sayı: 4, 1163 - 1171, 14.10.2022

Mehmet Seyhan Erhan Fırat

https://doi.org/10.28948/ngumuh.1141511

Öz

Akaryakıt fiyatları ve insanların çevrenin mevcut durumu üzerinde meydana getirdiği değişimler ticari taşıtların yakıt ekonomisinin iyileştirilmesine olan ilgiyi arttırmıştır. Büyük olasılıkla, bir taşıtın yakıt ekonomisini iyileştirmenin en ekonomik yolu taşıtı aerodinamik açıdan daha verimli yapmaktır. Bu çalışmada, sıfır ve sıfırdan farklı sapma açılarında (β≤9°), 1:25 ölçekli otobüs modelinin ön alt yüzeyine paralel ve modele göre daha önde olacak şekilde yerleştirilen düz plakaların aerodinamik performansı deneysel olarak incelenmiştir. Kıyaslama çalışmaları, düz plakasız otobüs modelini de hesaba katarak, genişliğe-dayalı Reynolds sayısının Rew=104000±3000 değerinde gerçekleştirilmiştir. Kuvvet ölçümleri, zaman ortalamalı sürükleme katsayısında, , dik bir artışın gözlemlendiği kritik bir plaka genişliğinin varlığını ortaya koymaktadır. Sıfır sapma açısında, otobüs genişliğinin (w) onda yedisi kadar genişlikli bir plakanın otobüs modelinin 0,16w daha önüne yerleştirildiği bir geometrik kurulum, plakasız otobüs modeline etkiyeninkinin %92,9’u kadarlık bir zaman-ortalamalı direnç oluşturmaktadır. Bu kurulumun, yan akış şartları altında da düşürmede etkin olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Direnç düşürme, Düz plaka, Otobüs, Rüzgar tüneli, Aerodinamik

Teşekkür

Mevcut deneysel çalışmanın gerçekleştirebilmesi için laboratuvar olanaklarını kullanımımıza sunan çok kıymetli bilim insanı Prof. Dr. Mustafa SARIOĞLU’na teşekkür ederiz.

Aerodynamic drag reduction on a bus model with upstream flat plate under crosswind conditions

Öz

Fuel costs and environmental pressures increase interest in improving fuel economy in the commercial vehicles. Presumably, the most economical way to improve a vehicle’s fuel economy is to make it more aerodynamically efficient. In this work, the aerodynamic performance of flat plates placed upstream of and parallel to the front lower surface of a 1:25 coach model at zero and non-zero yaw angles (β≤9°) has been experimentally investigated. Comparative studies have been performed at a width-based Reynolds number Rew=104000±3000, considering the coach model without flat plate. The force measurements suggest the existence of a critical plate width at which a steep increase in time-averaged drag coefficient, , was observed. At zero yaw, a geometrical configuration consisting of a plate width seven tenth of the coach’s width (w) placed 0.16w upstream of the coach model produces a time-averaged drag that is 92.9% that of the coach model without plate. It is seen that this configuration is also effective in reducing under crosswind conditions.

Anahtar Kelimeler

Drag reduction, Flat plate, Coach, Wind tunnel, Aerodynamics

Kaynakça

• European Commission, Reducing CO₂ emissions from heavy-duty vehicles, https://ec.europa.eu/clima/eu-action/transport-emissions/road-transport-reducing-co2-emissions-vehicles/reducing-co2-emissions-heavy-duty-vehicles_en, Accessed 22June 2022.
• TÜİK, Taşıt-kilometre İstatistikleri 2020, https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Tasit-kilometre-Istatistikleri-2020-45784, Accessed 22June 2022.
• A. Şumnu, Shape modification of Ahmed body to reduce drag coefficient and determination of turbulence model. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10(2), 824-832, 2021.https://doi.org/10.28948/ngumuh.879584.
• M. Lorite-Díez, J.I. Jiménez-González, L. Pastur, O. Cadot and C. Martínez-Bazán, Drag reduction on a three-dimensional blunt body with different rear cavities under cross-wind conditions. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 200,104145 2020, https://doi.org/10.1016/j.jweia.2020.104145.
• M. Sarioglu, Control of flow around a square cylinder at incidence by using a splitter plate. Flow Measurement and Instrumentation, 53, 221-229, 2017. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.06.024.
• C. Bayındırlı and M. Çelik, The determination of effect of windshield inclination angle on drag coefficient of a bus model by CFD method. International Journal of Automotive Engineering and Technologies, 9(3), 122-129, 2020. https://doi.org/10.18245/ijaet.723755.
• A. Bhave and H. Taherian, Aerodynamics of intercity bus and its impact on CO2 reductions. Proceedings of the Fourteenth Annual Early Career Technical Conference, pp. 165-172, Alabama, USA, 2014.
• H.‑J. Schmidt, R. Woszidlo, C. N. Nayeri, and C. O. Paschereit, Drag reduction on arectangular bluff body with base flaps and fluidic oscillators. Experiments in Fluids, 56, 151, 2015. https://doi.org/10.1007/s00348-015-2018-3.
• A.S. Sucipto and W.A. Widodo, Numerical Study of Multiple-Channel Diffusers on The Rear Bus Body. AIP Conference Proceedings, 1788, 030094, 2017. https://doi.org/10.1063/1.4968347.
• N. Shao, G. Yao, C. Zhang, and M. Wang, A New Method to Optimize the Wake Flow of a Vehicle: The Leading Edge Rotating Cylinder. Mathematical Problems in Engineering, 2017, 5781038, 2017. https://doi.org/10.1155/2017/5781038.
• C. Bayindirli, Y.E. Akansu, and M. Celik, Experimental and numerical studies on improvement of drag force of a bus model using different spoiler models. International Journal of Heavy Vehicle Systems. 27(6), 743-776, 2020. https://doi.org/ 10.1504/IJHVS.2020.112975.
• T. Igarashi, Drag reduction of a square prism by flow control using a small rod. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 69-71, 141-153, 1997.https://doi.org/10.1016/S0167-6105(97)00150-5.
• S.-J. Lee, S.-I. Lee, and C.-W. Park, Reducing the drag on a circular cylinder by upstream installation of a small control rod. Fluid Dynamics Research, 34, 233-250, 2004. https://doi.org/10.1016/j.fluiddyn. 2004.01.001.
• A. Prasad and C.H.K. Williamson, A method for the reduction of bluff body drag. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 69-71, 155-167, 1997. https://doi.org/10.1016/S0167-6105(97)00151-7.
• E. Firat, Y. E. Akansu, and H. Akilli, Flow past a square prism with an upstream control rod at incidence to uniform stream. Ocean Engineering, 108, 504-518, 2015. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.08.041.
• C. Bayindirli, Reducing of Pressure Based Drag Force of a Bus Model by Flow Control Rod in Wind Tunnel. International Journal of Automotive Science and Technology, 5(4), 412-418, 2021. https://doi.org/ 10.30939/ijastech..994351.
• C. Bayındırlı, M. Çelikve M. Demiralp, Bir otobüs modeli etrafındaki akış yapısının CFD yöntemi ile incelenmesi ve sürükleme kuvvetinin pasif akış kontrol yöntemi ile iyileştirilmesi. Politeknik Dergisi, 21(4), 785-795, 2018. https://doi.org/10.2339/politeknik. 403993.
• S. Yiğit. Otobüs direncini düşürmek için bir yöntem. Yüksek Lisans Tezi, Munzur Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Türkiye, 2019.
• SAE J1252_198107, SAE Wind Tunnel Test Procedure for Trucks and Buses. SAE International, 1981. https://doi.org/10.4271/J1252_198107.
• M. Seyhan and M. Sarioglu, Investigation of drag reduction performance of half NACA 0009 and 0012 airfoils placed over a trailer on the flow around truck-trailer. Journal of Mechanical Science and Technology, 35(7), 2971-2979, 2021. https://doi.org/10.1007/ s12206-021-0620-2.
• M. Hassaan, D. Badlani, and M. Nazarinia, Numerical study of the effect of aspect ratio on the flow characteristics of the Ground Transportation System. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 206, 104314, 2020. https://doi.org/ 10.1016/j.jweia.2020.104314.
• M. Breuer, Effect of Inflow Turbulence on an Airfoil Flow with Laminar Separation Bubble: An LES Study. Flow, Turbulence and Combustion, 101, 433-456, 2018. https://doi.org/10.1007/s10494-017-9890-2.