Thermal underhood analysis of a heavy commercial vehicle using open source CFD package openFOAM

Ağır ticari araçların kaporta altı termal dizaynının araçların performansı ve dayanıklılığı üzerinde büyük etkisi vardır. Birçok sınırlamaya ve dizayn parametresine sahip olan kaporta altı termal dizaynı gerçekleştirmesi zor bir iştir. Bu bağlamda tasarımcılar kaporta altında hızlı ve doğru bir şekilde termal hesaplamalar yapabilen numerik araçlardan yararlanabilirler. Numerik araçlar kullanılarak yapılan dizayn iterasyonları ve sadece son tasarım için deneysel testlerin yapılması araç tasarım maliyetlerini önemli miktarda düşürebilmektedir. Bu tezde, bir ağır ticari aracın kaporta altı termal analizi için bir numerik model açık kaynak kodlu bir yazılım olan OpenFOAM kullanılarak geliştirilmiştir. OpenFOAM özellikle hesaplamalı akışkanlar mekaniğinde kullanılan ve en genel geçer bilinen açık kaynak kodlu yazılımdır ve kabiliyetleri bakımından diğer ticari yazılımların gerisinde de değildir. Bu çalışmada, OpenFOAM yazılımının kabiliyetleri bir ağır ticari aracın kaporta altı termal analizi yapılarak test edildi. Mesh üreten bir araç olan snappyHexMesh komplex bir geometri olan kaporta altı için yeterli bir çözünürlükte ve kalitede mesh üretmede oldukça başarılı oldu. buoyantSimpleFoam çözücüsü ısı değiştiricileri, dönen fan ve ısı kalkanı modelleriyle birlikte kullanıldı. Kaporta altındaki radyason ısı transferi yüzeyden yüzeye radyasyon modeli kullanılarak modellendi. Çözücü sayesinde hesaplanan turbochargerın önündeki ısı kalkanı sıcaklığı ölçümlerle yeterli derecede eşleşiyordu; tutarsızlık 10 dereceden azdı. 56 işlemci çekirdeğiyle birlikte çalıştırılan çözücüyle koşturulan simulasyon toplamda 38 saat sürdü. Radyasyon modeli haricinde, çözücünün ve ek modellerin paralel ölçeklenebilirliğinin ideale yakın olduğu görülmüştür. Toplam hesaplamalı zamanın üçte birini radyasyon modelinin hesaplanması oluşturmaktadır. Radyasyon modelinin hesaplama maliyeti, radyasyon hesaplamada kullanılan farklı sayıda yüzey elementine sahip caseler üzerinden değerlendirilimiştir. Yüzey elementi sayısı arttıkça radyasyon modelinin hesaplama maliyetinin şiddetli bir biçimde arttığı gözlemlenmiştir. Özellikle, 20,000'den fazla sayıda yüzey elementiyle yapılan radyasyon modellemesinin aşırı derecede büyük bir hesaplama maliyetine yol açmasından ötürü uygulanabilir olmadığı anlaşıldı. Bu kısmen yüzeyden yüzeye radyasyon modeline özgü hesaplama maliyetinden kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda OpenFOAM v1812+'taki yüzeyden yüzeye radyasyon modeli hesabının paralelleştirilememesi de buna sebep olmaktadır.