2 Boyutlu ANSYS Fluent Otomobil Analizi

Bu yazıda yan görünüşü alınmış bir otomobili ANSYS Fluent kullanarak 2 boyutlu bir akış analizini nasıl yapabileceğimizi anlatacağım. Öncelikle kullandığım yöntemleri olabildiğince uygun bir şekilde belirlemeye çalışsam da bazı hatalı kısımlar olabileceğini ifade etmek istiyorum. Bu yüzden bu yazıyı bir tarif olarak düşünün ama eksiklik, fazlalık ve hatalarının olabileceğini unutmayın.

Otomobil Görselini Oluşturma

İlk olarak herhangi bir model otomobil belirleyerek bu otomobilin yan taraftan alınmış görüntüsünü buluyoruz. Bu görüntünün tam olarak yan görünüş olması çok önemlidir. Çünkü açılı olarak çekilmiş bir görüntü boyutların hatalı olması sebep olacaktır. Böyle bir yan görünüşü bulabilmek için otomobilin ismini modelini ve “blueprint” yazarak arama yapabilirsiniz.

opel insignia yan görünüş
Şekil 1: Opel insignia yan görünüş,

Bulduğumuz resmi ya da blueprint’i indirdikten sonra herhangi bir tasarım programı yardımıyla bu otomobilin dış çerçevesini almamız gerekiyor. Ben bu işlem için Adobe Illustrator programını kullandım. Bu işlemden sonra elimizde siyah-beyaz, otomobilin yan görünüşünün dış çerçevesini içeren bir resim dosyası elde etmemiz gerekiyor.

insignia side view
Şekil 2: Opel insignia dış çerçeve.

Noktaların Koordinatlarını Alma

İkinci aşamada bu resim dosyasını ücretsiz bir grafik çizdirme programı olan WebPlotDigitizer kullanarak açıyoruz. Bu program bize açtığımız resim dosyası içerisindeki çizimin eğrisinin koordinatlarını alma imkanı sunuyor. Dolayısıyla bu koordinatlar herhangi bir katı model çizim programında açılabilir. WebPlotDigitizer’de resim dosyasını açarak nokta aralığı, koordinat sıralaması gibi seçenekleri belirledikten sonra elde ettiğimiz koordinatları bir excel dosyasına yapıştırıyoruz.

webplot digitizer
Şekil 3: WebPlot Digitizer.

Koordinat Dosyasını Oluşturma

Üçüncü olarak bu koordinatlar resim dosyasının başlangıç-bitiş noktalarına göre belirlendiği için x ve y koordinatlarının minimum değerlerini buluyoruz ve bütün x noktalarından bu minimum değeri çıkarıyoruz, ardından aynı işlemi y noktaları için yapıyoruz. Böylece oluşturduğumuz eğriyi tam olarak orjin noktasına taşımış oluyoruz. Daha sonra ise x ve y noktalarının maksimum değerlerini buluyoruz. Maksimum x değeri bu otomobilin uzunluğunu, y değeri ise yüksekliğini vermektedir. Seçtiğimiz otomobilin gerçek uzunluk ve yükseklik değerlerini kısa bir araştırmayla buluyoruz. Bulduğumuz gerçek uzunluk değeri ile x noktalarının maksimum değerinin oranını ve gerçek yükseklik değeri ile y noktalarının maksimum değerinin oranını hesaplıyoruz. Ardından bulduğumuz x değeri oranı ile bütün x noktalarını, bulduğumuz y oranı ile bütün y noktalarını çarpıyoruz. Artık elimizdeki koordinat noktaları gerçek model ile aynıdır. Excel dosyasında x ve y koordinat kolonlarının yanına bir de z kolonu ekliyoruz ve bütün değerlerini 0 olarak giriyoruz. Aslında modelimiz 2 boyutlu ve ama koordinat dosyalarında z noktaları da gerekli olduğu için z noktalarının tamamını 0 olarak giriyoruz. Bütün koordinat noktalarını kopyalayarak bir text dosyasına yapıştırıyoruz ve virgül yerine nokta olduğundan emin olup kaydedip kapatıyoruz.

koordinatlar
Şekil 4: Koordinat noktalarının işlenmesi.

Analiz için Modeli Çizme

Dördüncü aşamada SolidWorks programını açarak bu text dosyasını çekiyoruz. Çektiğimiz dosyanın otomobilin şeklini vermesi gerekiyor. Daha sonra çizimi aktifleştirerek bu eğriyi çizime dönüştürüyoruz. Bu eğrinin etrafına 7500 mm yüksekliğinde, 25000 mm uzunluğunda bir dikdörtgen çiziyoruz. Ardından bu çizimi surface komutu ile yüzey haline getiriyoruz. Eğer otomobilin yakın çevresine daha yoğun bir mesh atmak istiyorsak, oluşan yüzey üzerine çizim açarak bir dikdörtgen daha çiziyoruz ve split line komutu ile oluşturduğum yüzeyi parçalara ayırıyoruz. Oluşturduğumuz çizimi daha sonra değiştirme ihtimaline karşı .sldprt formatında ve SpaceClaim’de açabilmek için .iges formatlarında kaydediyoruz.

solid model
Şekil 5: Surface model.

Modeli ANSYS’e Aktarma

Beşinci aşamada ANSYS yazılımını açarak bir CFD (Fluent) analizi oluşturuyoruz. Ardından geometri kısmına tıklıyoruz. Açılan SpaceClaim programında aç ya da import seçeneğine tıklayarak oluşturduğum .iges dosyasını açıyoruz. (Burada daha düzgün mesh sonuçları alabilmek için SpaceClaim’de bulunan repair komutları kullanılarak eğri daha düzgün bir hale getirilebilir.) Açtığımız dosyayı .scdoc olarak kaydedip kapatıyoruz.

ANSYS Mesh Atma

Altıncı aşamada mesh oluşturmak için mesh kısmına tıklıyoruz. Açılan programda öncelikle köşeleri seçerek isimlendiriyoruz. Bu isimlendirme ANSYS programının tanıması için önemlidir. O yüzden verilen isimleri belirli bir formata uygun olarak vermek gereklidir. İsimlendirme olarak inlet, outlet, road, top ve car yeterlidir. Otomobilin eğrisi çok fazla parça içerdiğinden box select kullanarak tüm parçaları tek seferde seçebilirsiniz. Ardından mesh metodu olarak Quadrilateral Dominant seçebilirsiniz.

SolidWorks’te yaptığımız split işlemi burada otomobilden uzak kısımlara daha geniş, otomobile yakın noktalara ise daha sık mesh atma imkanı sağlayacaktır. Otomobilden uzak kısımlara sizing işlemi ile 0,2 m sıklıkla mesh atabilirsiniz. Otomobilin içinde bulunduğu kısıma ise 0,05 ile mesh atabilirsiniz. Ayrıca yine daha sınır tabaka etkileşimlerini daha iyi çözebilmek için inflation verebilirsiniz. Otomobil geometrisini box select ile seçerek vereceğiniz inflation’da first layer thickness 0,001, maximum layers 15-20, growth rate’de 1,2-1,1 olarak verebilirsiniz. Bu işlemlerden sonra generate butonuna basarak mesh oluştup, kaydedip kapatabilirsiniz.

surface mesh
Şekil 6: ANSYS surface mesh

Fluent Analizi

Yedinci aşamada tekrar ANSYS ekranına dönerek mesh kısmına sağ tıklayıp update etmeniz gereklidir. Ardından Setup kısmına tıklayabilirsiniz. Açılan ekranda 2 boyutlu analiz yapacağınız görünmelidir. Daha doğru çözüm için double precision, daha hızlı çözebilmek için kullandığınız bilgisayara göre paralel çözüm kısmında işlemci sayısını artırabilirsiniz. Ardından açılan Fluent yazılımında öncelikle kullanacağınız yöntemi seçmelisiniz. Bu yöntemler farklı çözüm metodlarıdır, bunlarla ilgili detaya girmeden sadece hangilerini seçtiğimi söyleyeceğim.

fluent model
Şekil 7: Fluent model seçimi.

Bu çözüm için k-omega SST kullanabilirsiniz. Daha sonra inlet ve outlet özelliklerini vermeniz gerekiyor. Burada hız ve türbülans özellikleri ile ilgili değerleri girebilirsiniz. Referance values kısmından inleti seçmeniz gerekiyor. Residual kısmında gireceğiniz değerler çözüm yapılırken continuity, x-momentum, y-momentum, k ve omega sonuçlarının yakınsamasını kontrol edeceğiniz aralığı ifade etmektedir. Bu denklemler sonuçlarının değişimleri verdiğiniz aralığın altına düşerse yakınsadığı anlamına gelir ve program verilen iterasyon sayısından önce kendini durdurur. (Eğer sonuçlara Fluent programı içerisinde bakmak isterseniz Report Definition ve Calculation Activities seçeneklerinden ulaşabilirsiniz, ben sonuçları Tecplot yazılımı kullanarak baktığım için detaya girmeyeceğim.) Bu işlemlerin ardından Initialization butonuna basarak ve iterasyon sayısı verip ardından Run Calculation butonuna basarak hesaplamaları başlatabilirsiniz.

Sonuçlar

cfd output
Şekil 8: CFD sonuçları.

Sekizinci ve son adımda program çalışmayı bitirdikten sonra export kısmından case&data’yı seçerek çıktıları almanız gerekiyor. Daha sonra Tecplot programını açarak open ya da import seçeneği ile çıktıları açabilirsiniz. Bu programda pressure, velocity, turbulent kinetic energy, streamline, velocity vector vs. olmak üzere birçok sonucu görüntüleyebilirsiniz. İstediğiniz sonuçları çeşitli dosya formatlarında kaydedebilirsiniz.

Aşağıdaki videoda daha detaylı olarak anlatım mevcuttur:

Bernoulli Deneyi: Akışkanın Basıncı ile Hızının İlişkisi yazısını okumak için tıklayın.

Yazar: Osman Veysel Özdemir

Necmettin Erbakan Üniversitesi Uçak Mühendisliği bölümünden 2019'da mezun oldu. Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Savunma Teknolojileri alanında yüksek lisans yapıyor. Mühendisliğin, dersleri yüksek notlarla geçmekten ibaret olmadığını ve gerekirse aynı dersin 3 kez alınabileceğini savunan adam. Ayrıca bilgisayarlara ve kodlamaya dair özel bir ilgisi var. "İman varsa imkan vardır." #NecmettinErbakan #AbbasibnFirnas #%0.7 #AGD #AeronauticalEngineer #UçakMühendisi

1 thought on “2 Boyutlu ANSYS Fluent Otomobil Analizi

    Fatih Bahri Aydın

    (18 Mart 2021 - 12:52)

    Bu tarz 2 boyutlu basit şekilli fluent analizleri FlowSquare isimli basit (arayüzsüz ve paint ile çizim yapılan) bir programla daha kolay yapabilirsiniz. “Ben Ansys’ten anlamam bana balık tutmayı öğretmeyin bana balık verin” diyenler için ideal bir program. 🙂

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir