Akışkan Dinamiği (CFD) Analizleri
Su araçları, zirai depolar ve rotasyon tanklarında serbest yüzey hareketi, hidrodinamik davranış ve akıştan doğan yükleri sayısal akışkanlar dinamiği yöntemleriyle inceliyor; elde edilen basınç ve kuvvet haritalarını mekanik ve hidrostatik analizlerle birleştirerek gövde ve destek elemanlarını güvenli yük senaryolarına göre tasarlıyoruz.
Su Araçlarında Hidrodinamik Performans ve Denge
Kano, kayık, kıyı balıkçılığı için küçük balıkçı tekneleri ile hafif yelkenli ve gezi tekneleri aynı hidrodinamik sınırlamalar içinde davranırlar. Gövdenin suya oturuşu, burun formu, omurga hattı, genişlik ve hacim dağılımı; hem sürüklenme direncini hem de su aracının ilk ve ikinci stabilitesini belirler. Sayısal akışkanlar dinamiği (CFD) analizleriyle su yüzeyi üzerindeki dalga şekli, gövde etrafındaki akış çizgileri ve basınç dağılımını görerek form kararlarını sezgiye değil sayısal veriye bağlarız.
Örnek projede müşterinin talebi, farklı seviyelerde kullanıcı hatalarına karşı toleranslı, devrilmesi zor tek kişilik bir kano tasarlanmasıydı. Hızdan çok, içi kolay su almayan, yan yatmaya karşı toleranslı ve geniş kullanıcı kitlesine güven veren bir gövde hedeflendi; CFD analizleriyle gövde formu, hacim dağılımı ve borda yüksekliği değiştirilerek akış alanı, kaldırma ve denge davranışındaki farklar karşılaştırıldı.
CFD ile incelediğimiz başlıca konular
- Serbest yüzey ve dalga deseni: Farklı dalga ve yük durumlarında kanonun yan yatmaya ne kadar eğilimli olduğu, ani dengesizlik yaratan kombinasyonlar.
- Basınç ve kaldırma dağılımı: Kullanıcı ağırlığı ve oturma konumu değiştiğinde gövde boyunca kaldırma merkezinin nasıl yer değiştirdiği.
- Sürüklenme direnci: Hedef hız aralığında gereksiz enerji kaybı yaratmadan güvenlik odaklı formu koruyup korumadığı.
- Trim ve stabilite: Öne/arkaya ve yana yatma davranışı, devrilme eşiği ve toparlama aralığı.
Bu çalışmanın tasarım kararlarına katkısı
- Genişlik, borda yüksekliği ve hacim dağılımı için “kullanıcıyı suya düşürmeyen ama rahat kürek çekilebilen” bir aralık belirlenmesi.
- Farklı kullanıcı ağırlıkları (örneğin çocuk–yetişkin) için kabul edilebilir stabilite bandının sayısallaştırılması.
- Kiralama işletmeleri için, kullanıcı hatalarına karşı daha affedici davranan gövde formlarının seçilmesi.
- Mevcut bir model varsa, yeni öneri gövdeyle devrilme açısı, konfor ve yük dağılımı açısından karşılaştırmalı tablo hazırlanması.
Bu analizler sonucunda, istenen tür ve kullanım senaryosu için hız, stabilite ve güvenlik açısından hedeflenen hidrodinamik performans sayısal olarak tanımlanır ve gövde tasarımı buna göre yönlendirilir.
Zirai Depolarda Sıvı Çalkantısı ve Dinamik Yükler
Traktöre veya römorka bağlanan zirai depolarda, %30–70 doluluk aralığında fren, ivmelenme ve engebeli zemin etkisiyle sıvı ileri geri çarpar. Bu sırada oluşan dalga hareketi, lokal basınç tepeleri ve yatay yükler hem depo gövdesini hem de şaseyi zorlar. Sıvı çalkantısı analizleriyle serbest yüzey hareketini, basınç alanını ve zamana bağlı yatay kuvvetleri hesaplayarak tasarımda kullanılacak güvenli yük zarfını çıkarırız.
Örnek projede, traktör arkasına bağlanan 2000 L polietilen zirai deponun, %50 dolulukta ani fren sırasında depo gövdesi ve şaseyi ne kadar zorladığı incelendi. Çalkantı analizi ile serbest yüzey hareketi, dalga tepelerindeki basınçlar ve depo–şase bağlantı noktalarına iletilen yatay yükler zamana bağlı olarak hesaplandı; bu sonuçlardan mekanik tasarımda kullanılacak eşdeğer statik yükler türetildi.
Sıvı çalkantısı analizinde baktığımız başlıca konular
- Serbest yüzey hareketi: Farklı dolum oranlarında dalga yüksekliği, depo ön ve arka cidarına çarpma davranışı.
- Basınç alanı: Fren sırasında lokal basınç tepeleri ve dalga tepesinin geldiği bölgelerdeki yük yoğunlaşmaları.
- Global kuvvet ve momentler: Depodan şaseye iletilen yatay kuvvet ve devirmeye çalışan momentlerin zamana bağlı değişimi.
- Doluluk etkisi: %30, %50, %70 gibi senaryolarda yük zarfının nasıl değiştiği ve en kritik aralığın tespiti.
Bu çalışmanın tasarım kararlarına katkısı
- Depo ayakları ve bağlantı konsolları için kullanılacak eşdeğer statik yük değerlerinin gerçek çalkantı davranışına göre belirlenmesi.
- Şase üzerinde güçlendirilmesi gereken bölgelerin (örneğin depo ayak altları, yan kollar) netleştirilmesi.
- Depo içinde yönlendirme elemanlarına ihtiyaç olup olmadığının ve varsa yerleşiminin sayısal olarak değerlendirilmesi.
- Farklı fren profilleri (normal, acil fren) ve hız aralıkları için yük zarfının çıkarılması ve tasarım güvenlik katsayısının buna göre ayarlanması.
Bu analizler sonucunda zirai depolar için “fren sırasında ne olur?” sorusu tahmine değil; doluluk, hız ve fren profiline göre tanımlanmış basınç ve kuvvet değerlerine dayalı, mühendislik açısından izlenebilir bir yük senaryosuna dönüşür.
Diğer CFD Çalışmaları (Proje Bazlı)
Su araçları ve zirai depolar dışında da, rotasyon imalatı ile ilişkili daha özel akış problemleri için proje bazlı CFD çalışmaları yapıyoruz. Bu tür işlerde amaç, standart ürün grubundan ziyade belirli bir kullanım senaryosunu sayısal olarak açığa çıkarmak ve tasarım kararlarını buna göre netleştirmektir.
Rotasyonla doğrudan ilişkili örnekler
- Karıştırıcılı tanklarda karışma süresi, ölü hacim ve homojenlik analizi.
- Rotasyon depolarda dolum / boşaltma sırasında hava cepleri ve havalandırma davranışının incelenmesi.
- Kolektör ve borulama hatlarında basınç kaybı ve dengesiz debi dağılımı değerlendirmesi.
- Rotasyon ürünleri ile birlikte çalışan fan / kanal içi akış gibi yardımcı ekipmanlara yönelik özel çalışmalar.
Proje bazlı yaklaşımımız
- Her proje için önce senaryo, hedef çıktılar ve kabul kriterleri netleştirilir.
- Gerekli ise mekanik veya hidrostatik analizlerle yük aktarımı ilişkilendirilir.
- Sonuçlar; renk haritaları, sayısal tablolar ve tasarım önerilerinin özetlendiği kısa rapor ile sunulur.
- Tekrarlayan işler için ileride standartlaştırılabilecek analiz şablonları önerilir.
Kapsam ve Çıktılar
Ne Analiz Ediyoruz?
- Sloshing: zamana bağlı basınç ve yatay yük haritaları.
- Karışma: homojenlik süresi, ölü hacim bölgeleri.
- Dolum/boşaltma: hava cepleri, dipte kalan hacim, giriş etkileri.
- Boru/hat akışları: basınç kaybı ve dengesiz dağılımlar.
- Gerekirse CFD sonuçlarının mekanik/hidrostatik analiz modelleri ile ilişkilendirilmesi.
Çıktılarımız
- Renk haritaları: basınç, hız, konsantrasyon, serbest yüzey şekli (seçilmiş zaman adımları).
- Tablolar: ppeak, Fx,max, karışma süresi, ölü hacim oranı gibi ana ölçütler.
- 1 sayfalık yönetici özeti ve kısa tasarım karar başlıkları.
- CAD üzerinde işaretlenmiş revizyon önerileri (baffle, ağız yerleri, dip formu vb.).
- İstenirse: CFD kaynaklı yüklerin mekanik/hidrostatik analiz raporlarıyla birleştirilmiş özet dokümanı.
Sık Sorulanlar
- CAD: STEP/Parasolid model; kritik iç detaylar ve ağızlar.
- Sıvı özellikleri: tür, yoğunluk (ρ), viskozite ve çalışma sıcaklığı aralığı.
- Senaryo: dolum oranı, hız/ivme profili, karıştırıcı devri veya pompa debisi gibi işletme verileri.
- Varsa hedefler: örneğin maksimum ölü hacim yüzdesi, karışma süresi, basınç limiti vb.