Yazar
Ayhan, Çağatay Emre
Basım Tarihi
2021-01-13
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
03f0f5c1-7d18-432a-bbfc-f48a83a7315e
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2021-01-13
Örnek Metin
Ağır ticari araçların kaporta altı termal tasarımı, araçların performansı ve güvenilirliği üzerinde büyük etkiye sahiptir. Kaput altı bölmesinin termal tasarımı, birçok kısıtlama ve tasarım parametresi içeren zorlu bir iştir. Tasarımcılar, kaput altı alandaki termal koşulları hem doğru hem de hızlı bir şekilde tahmin edebilen sayısal araçlardan yararlanabilirler. Tasarım iterasyonlarının sayısal araçlar kullanılarak yapılması ve deneysel testlerin sadece nihai tasarım için yapılması, araç tasarım maliyetlerini önemli ölçüde azaltacaktır. Bu tezde, ağır ticari bir aracın kaporta altı termal analizi için açık kaynaklı OpenFOAM yazılımı kullanılarak sayısal bir model geliştirildi. OpenFOAM, özellikle hesaplamalı akışkanlar dinamiği için kullanılan, en yaygın olarak bilinen açık kaynaklı araçtır ve yetenek açısından ticari çözücülerin pek gerisinde değildir. Bu çalışmada, ağır ticari bir aracın kaporta altı termal analizinde OpenFOAM'ın yetenekleri test edilmiştir. Mesh oluşturucu snappyHexMesh, karmaşık geometrilerin makul çözünürlük ve kalitede meshlenmesinde oldukça iyi performans gösterdi. BuoyantSimpleFoam çözücü, ısı eşanjörü, dönen fan ve ısı kalkanı modelleriyle birlikte kullanıldı. Kaput altı alandaki radyasyonla ısı transferi, yüzeyden yüzeye radyasyon modeli kullanılarak modellenmiştir. Çözücüyle tahmin edilen turboşarj ısı kalkanı sıcaklığı, 10⁰C'den daha düşük tutarsızlıklarla yapılan ölçümlerle oldukça iyi eşleşiyor. Genel olarak hesaplamalı çalışma, çözücüyü 56 CPU çekirdeği üzerinde çalıştırarak yaklaşık 38 saat sürdü. Radyasyon modeli dışında çözücünün ve ek modellerin paralel ölçeklenebilirliği ideale yakın bulunmuştur. Radyasyon modeli genel hesaplama süresinin yaklaşık 1/3'ünü alır. Radyasyon modelinin hesaplama maliyeti, radyasyon hesaplamalarında yer alan farklı sayıda yüzey elemanının kullanıldığı farklı durumlarda değerlendirilmiştir. Radyasyon modelinin hesaplama maliyetinin yüzey elemanlarının sayısı arttıkça büyük ölçüde arttığı bulunmuştur. Özellikle 20.000'den fazla yüzey elemanına sahip radyasyon modelinin kullanılması, modelin aşırı hesaplama maliyeti nedeniyle hesaplama açısından mümkün görünmemektedir. Bu kısmen yüzeyden yüzeye radyasyon modelinin doğasında olan hesaplama maliyetinden ve OpenFOAM v1812+ sürümünde yüzeyden yüzeye radyasyon modelinin paralelleşme eksikliğinden kaynaklanmaktadır. Birçok kısıtlamaya ve dizayn parametresine sahip olan kaporta altı termal dizaynı gerçekleştirmesi zor bir iştir. Bu tasarımcılar kaporta altında hızlı ve doğru bir şekilde termal programlamalar yapabilen sayısal araçlardan yararlanabilirler. Sayısal araçlarla yapılan tasarım yinelemeleri ve sadece son tasarım için dikkatli testlerin yapımı araç maliyeti maliyetleri önemli miktarda düşürülebilmektedir. Bu tezde, bir ağır ticari araç kaporta altı termal analiz için bir sayısal model açık kaynak kodlu bir yazılım olan OpenFOAM kullanımı sağlanır. OpenFOAM özellikle programlamalı sistemler mekaniğinde kullanılan ve en genel olarak bilinen açık kaynak kodlu yazılımlardır ve kabiliyetleri açısından diğer ticari yazılımların gerisinde değildir. Bu etkili, OpenFOAM yazılımının kabiliyetleri bir ağır ticari araç kaporta altı termal analizi yapılandırıldı. Mesh üreten bir araç olan snappyHexMesh komplex bir geometri olan kaporta altı için yeterli bir dosyada ve kalitede mesh üretimide oldukça başarılı oldu. buoyantSimpleFoam çözücüsü ısı değiştiricileri, dönen fan ve ısı kalkanı modelleriyle birlikte başardı. Kaportanın altında radyason ısı aktarımı yüzeyden yayılan modeli kullanılarak modellendi. Çözücü sayesinde hesaplanan turboşarjın yan ısı kalkanı sıcaklık ölçümleriyle yeterli düzeyde eşleşiyordu; tutarsızlık 10 düzeyde azdı. 56 işlemciyle birlikte çalıştırılan çözücüyle çalıştırılan simülasyon toplamda 38 saat sürdü. Radyasyon modelinin aksine, çözücünün ve ek modellerin paralel ölçeklenebilirliğinin ideale yakın olduğu görülmüştür. Toplam programlamalı zamanın üçte birinin artması modelinin oluşmasını sağlar. Radyasyon modelinin programlama maliyeti, radyasyon programlamada kullanılan farklı sayıdaki yüzey elemanlarına sahip caseler üzerinden değerlendirilmiştir. Yüzey elemanlarının deformasyon modelinin yayılma maliyetinin aşırı bir biçimde arttığı gözlemlenmiştir. Özellikle 20.000'den fazla sayıda yüzey elemanıyla yapılan ışınlamanın aşırı derecede büyük bir programlama maliyetine yol açmasından dolayı uygulanabilir olmadığı anlaşıldı. Bu yüzeydeki parazitlerin modelin özgül tükenme maliyetinden çıkmasıdır. Aynı zamanda OpenFOAM v1812+'taki yüzeyden yayılan radyasyon modeli hesabının paralelleştirilmemesi de buna sebep olmaktadır.
