Wake structure of a three dimensional car model exposed to crosswind

Abstract

Çapraz rüzgar tarafından oluşturulan çalkantıya bağlı gelişen sürüklenmenin özellikleri ölçeklenmiş model araç arkasındaki akış ile aerodinamik açıdan çalışılmıştır. Zaman-ortalaması alınmış çalkantı yapılan modelden yatım tipik uzaklıktaki bir düzlemde yapılan yerel hız ölçümleri ile incelenmiştir. Deneyler modelin önden 18, 28, 38 m/s lik hızlarda akışa maruz kalırken yandan 3.2, 4.9, and 6.7 m/s lik çapraz rüzgar aldığı durumlarda yapılmıştır. Hız alanının ölçüm düzlemi üzerindeki izdüşümü, aracın merkez ekseninin her iki yarımda asimetrik olarak birbirine ters yönde dönen girdap yapılarım ortaya koymaktadır. Bu yapıların çalkantı üretme ve taşıma konusunda oldukça etkin bir rol üstlendikleri ve bu durumun önden gelen akış hızından bağımsız kaldığı görülmüştür. Çalkantı kinetik enerjisinin düzlem içi ve düzlem dışı yapılarla alış verişi incelendiğinde, bu döngüsel yapıların çapraz rüzgardan alman enerjiyi ortalama mz alanına geri kazandıran bir sistem gibi algılanması olanaklı gözükmektedir, öyle ki, döngünün oluşması sırasında yaratılan çalkantı enerjisinin yine bu döngü merkezlerinden düzlem dışına çıktığı anlaşılmaktadır. Bütün bu süreç sonucunda çapraz rüzgar tarafından oluşturulan çalkantının sürüklenme kuvveti yaratmada pek de etkili olmadığı sonucunu doğurmaktadır. Eğer ortalama hızlara dayanılarak akış yönünde oluşan momentum eksikliği hesaplanırsa, önden gelen hızların artışına rağmen, dinamik kuvvetlerin azaldığı görülmektedir ki, bu da yukarıda sözü edilen süreci doğrular niteliktedir. Anahtar Kelimeler: Taşıt Aerodinamiği, Akışkanlar Mekaniği, Ölçme.

The aerodynamic aspects of turbulent drag induced by a crosswind have been studied behind a scaled model car. For this purpose, full kinematic map of the wake, including time-averaged structures of the turbulent flow were examined by local measurements of velocity on a plane at a distance half the square root frontal area downstream of the model, exposed to approach velocities 18, 28 and 38 m/s and crosswind speeds of 3.2, 4.9 and 6.7 m/s. The vector map of in-plane velocities have shown two counter-rotating vortices located asymmetrically on both side of the center plane of the model. These vortices play an important role in the production and transport of turbulent kinetic energy and seem to be less affected by changes in the approach velocity. In the course of turbulent energy exchange, the vortices act like a system putting the energy from the crosswind back into the mean flow. The vortex centers can be envisaged as the manifolds leaking the turbulent energy out of the plane motion, which was extracted from the crosswind flow via processes leading to the vortex formation in the core of the wake. The overall process resulted in the turbulence generated by the crosswind being less effective in producing additional drag. Calculations of streamwise momentum deficits based on time-averaged mean velocities also reveal that increasing the approach velocity leads to decrease in dynamic forces applied, including the lateral force induced by crosswind. Key Words: Car Aerodynamics, Fluid Mechanics, Measurements.