Akademik araştırmalar, anlaşılır dil

Verianla | Akademik Araştırmalardan Türkçe Ekonomi ve Bilim İçerikleri

27 Eylül 2026, Pazar
VERİANLABağımsız bilim yayıncılığı
Menüyü aç veya kapat
...
Home / Uygulamalı Bilimler / Mühendislik / CFD ile Bilgilendirilmiş Kaçak Karakterizasyonuyla Çok Strokulu Radyal Pistonlu Motorun Dinamik Modellenmesi
Mühendislik

CFD ile Bilgilendirilmiş Kaçak Karakterizasyonuyla Çok Strokulu Radyal Pistonlu Motorun Dinamik Modellenmesi

Bu araştırma, 10 pistonlu ve 8 kam loblu, 1248 cc/dev deplasmanlı çok strokulu bir radyal pistonlu hidrolik motorun dinamik davranışını; Amesim tabanlı bir boyutlu sistem modeli ile Simerics MP+ tabanlı üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) analizini birleştirerek incelemektedir.

12/08/2026  Veri Anla 12 görüntüleme
CFD ile Bilgilendirilmiş Kaçak Karakterizasyonuyla Çok Strokulu Radyal Pistonlu Motorun Dinamik Modellenmesi

Bu araştırma, 10 pistonlu ve 8 kam loblu, 1248 cc/dev deplasmanlı çok strokulu bir radyal pistonlu hidrolik motorun dinamik davranışını; Amesim tabanlı bir boyutlu sistem modeli ile Simerics MP+ tabanlı üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) analizini birleştirerek incelemektedir. Çalışmanın temel problemi, distribütör ile silindir gövdesi arasındaki yalnızca 10 µm mertebesindeki açıklıkta oluşan kaçağın geleneksel 1B sistem modellerinde yeterince temsil edilememesidir. CFD analizi bu mikro açıklıktaki kaçak davranışını belirlemek için kullanılmış, elde edilen sonuç eşdeğer bir kaçak fonksiyonuna dönüştürülerek Amesim modeline aktarılmıştır. Modelde ortalama çıkış debisi yaklaşık 59,1 L/dak, pistonların ürettiği tork yaklaşık 6756 N·m, sürtünme hesaba katıldığındaki yük torku yaklaşık 6109 N·m, hacimsel verim yaklaşık %96 ve mekanik verim yaklaşık %90 bulunmuştur. Üretici katalog torklarıyla karşılaştırmada ortalama hata %1,6, maksimum hata %5,3 olarak raporlanmıştır. Bununla birlikte bu sonuçlar, CFD ile kalibre edilmiş sistem simülasyonunun performansını göstermektedir; model bütün çalışma koşullarının doğrudan deneysel doğrulaması olarak yorumlanmamalıdır.

CFD çözümünde distribütör–silindir gövdesi açıklığındaki ortalama kaçak yaklaşık 0,27 L/dak olarak tanımlanmış ve bu değer Amesim kaçak modelindeki eşdeğer dış yarıçapın r2 = 10 mm olarak belirlenmesinde kullanılmıştır. Amesim sonuçlarında piston–silindir gövdesi arasındaki diğer kaçak yolu yaklaşık 0,73 L/dak olarak hesaplanmıştır. Böylece model, sistem ölçeğinde hızlı çalışan 1B simülasyon ile yalnız yerel mikroakış bölgesinde kullanılan ayrıntılı 3B CFD'yi birbirini tamamlayan iki katman olarak kullanmaktadır.

Çalışmanın önemli bir başka bulgusu port zamanlamasıyla ilgilidir. Her bir giriş veya çıkış portunun etkin açılma aralığı 10,96° olarak hesaplanırken, tam doldurma–boşaltma dizisinin 22,5°'lik açısal adımı içinde piston odasının yaklaşık 0,58° boyunca hem girişten hem çıkıştan yalıtıldığı bir aralık oluşmaktadır. Simülasyonda ortalama oda basıncı yaklaşık 40 MPa iken bu kapalı fazın özellikle alt ölü nokta yakınında yaklaşık 70 MPa'lık yerel basınç tepesine yol açabildiği görülmüştür. Bu bulgu port geometrisi ile kam profilinin yalnız ortalama verimi değil, basınç dalgalanmasını ve tork karakteristiğini de etkileyebileceğini göstermektedir.

Türkiye açısından: Araştırma Türkiye'deki belirli bir motor, işletme koşulu veya saha verisi üzerinde gerçekleştirilmemiştir. Bununla birlikte CFD'den elde edilen mikro-kaçak bilgisinin hızlı bir sistem modeline aktarılması yaklaşımı; hidrolik tahrik kullanan makine ve aktarma sistemlerinin mühendislik tasarımında değerlendirilebilecek bir yöntem sunmaktadır. Türkiye'deki gerçek bir uygulamaya aktarım yapılırken motor geometrisi, imalat toleransları, kullanılan hidrolik yağ, sıcaklık, çalışma basıncı, yük çevrimi ve gerçek kaçak ölçümlerinin ayrıca doğrulanması gerekir. Bu çalışma Türkiye'deki herhangi bir hidrolik motor için doğrudan %96 hacimsel veya %90 mekanik verim garantisi vermemektedir.

Araştırmanın temel problemi nedir?

Radyal pistonlu motorlar düşük devirde yüksek tork üretebilen hidrolik makineler olsa da motor içerisindeki küçük açıklıklardan geçen akış, özellikle hacimsel verimi doğrudan etkileyebilir. Çok strokulu yapıda pistonlar kam halkasının lobları boyunca sürekli ileri–geri hareket ederken giriş ve çıkış portlarının açılıp kapanması, piston odalarındaki basınç değişimleri ve farklı kaçak yolları aynı anda etkileşime girer.

Bir boyutlu sistem simülasyonları motorun uzun süreli ve bütüncül dinamik davranışını görece hızlı biçimde hesaplayabilir. Buna karşılık distribütör ile silindir gövdesi arasındaki mikrometre ölçekli açıklıktaki üç boyutlu akış yapısının tamamını doğrudan çözmek için uygun değildir. CFD ise bu küçük bölgelerdeki ayrıntılı akışı çözebilir, ancak bütün hidrolik motor ve uzun zaman aralıkları için kullanılması hesaplama maliyetini artırır. Araştırmanın çözmeye çalıştığı temel mühendislik sorusu bu iki yaklaşımın avantajlarının nasıl birleştirilebileceğidir.

İncelenen motorun geometrisi nasıldır?

Analiz edilen motorun deplasmanı 1248 cc/dev'dir. Sistem 10 radyal piston ve 8 loblu bir kam halkasından oluşmaktadır. Çalışmada verilen temel nominal özellikler 40 MPa çalışma basıncı, 41 kW maksimum güç, 0,054 kg·m² atalet momenti ve 170 dev/dak maksimum dönme hızıdır.

Motor parametresiDeğerBirim
Deplasman1248cc/dev
Çalışma basıncı40MPa
Maksimum güç41kW
Atalet momenti0,054kg·m²
Maksimum dönme hızı170dev/dak
Piston sayısı10adet
Kam lobu sayısı8adet

Çalışmadaki kesit ve eksenel görünüşler, pistonların çevresel olarak motor gövdesine dağıldığını ve piston uçlarındaki makaraların kam halkası boyunca hareket ederek radyal doğrusal hareketi dönme momentine dönüştürdüğünü göstermektedir. Karşılıklı piston çiftleri 180° geometrik konum farkına sahiptir. Sekiz loblu yapı nedeniyle her piston bir motor devrinde sekiz strok gerçekleştirir. Komşu pistonlar arasındaki etkin faz farkı ise 9° olarak hesaplanmıştır.

Faz farkı çalışmada aşağıdaki ilişkiyle tanımlanır:

\[ k=\frac{360^\circ\,m}{N_LN_P} \]

Burada \(N_L\) kam lobu sayısını, \(N_P\) piston sayısını ve \(m\), bu iki sayının en büyük ortak bölenini temsil eder. \(N_L=8\), \(N_P=10\) ve \(m=2\) için sonuç 9°'dir.

Sinüzoidal kam profili neden önemlidir?

Pistonun radyal konumu kam halkasının dönme açısına bağlıdır. Çalışmada kam profili sinüzoidal bir fonksiyonla temsil edilmiş, piston makaralarının konum, hız ve moment kolu bu geometrik ilişkiden türetilmiştir. Motor torku daha sonra her piston üzerindeki hidrolik kuvvet ile ilgili moment kolunun birleşiminden hesaplanmıştır.

Piston makarasının temel radyal konum ilişkisi çalışmada şu biçimde verilmektedir:

\[ \rho(\phi)=d_{\min}+\frac{c}{2} \left[ 1-\cos\left( \frac{\pi(\phi-\phi_a)}{\phi_b-\phi_a} \right) \right] \]

Burada \(d_{\min}\) alt ölü noktadaki minimum radyal uzaklığı, \(c=d_{\max}-d_{\min}\) piston strokunu ve \(\phi\) kam üzerindeki açısal konumu ifade eder. Motor geometrisinde maksimum piston konumu 111,3 mm, minimum piston konumu 97,8 mm, makara yarıçapı 5,75 mm, port yarıçapı 4,25 mm ve distribütör yarıçapı 44,5 mm'dir.

Portların açılma alanı nasıl modellenmiştir?

Hidrolik akışın piston odasına girip çıkabilmesi için dönen silindir gövdesindeki port ile sabit distribütördeki portun geometrik olarak örtüşmesi gerekir. Araştırmacılar bu örtüşmeyi iki dairesel portun kesişim alanı üzerinden matematiksel olarak tanımlamıştır.

Distribütör ve silindir portlarının yarıçapları eşit kabul edilerek \(R_p=4,25\) mm ve distribütör merkez yarıçapı \(R_d=44,5\) mm kullanılmıştır. Bu geometri için etkin port açılma aralığı:

\[ 0^\circ \leq \theta \leq 2\sin^{-1}\left(\frac{R_p}{R_d}\right) =10,96^\circ \]

olarak bulunmuştur. Bu sayı daha sonra piston odasına giriş ve çıkış akışının hangi açılarda bağlanacağını belirleyen Amesim fonksiyonlarına aktarılmıştır.

Kaçak neden iki ayrı yolla modellenmiştir?

Çalışma motor içindeki kaçağı iki temel yola ayırmaktadır: piston ile silindir gövdesi arasındaki kaçak ve distribütör ile silindir gövdesi arasındaki kaçak.

Piston–silindir arasındaki boşluk silindirik bir geometri oluşturduğu için laminer halka boşluğu akışı yaklaşımı kullanılmıştır:

\[ Q= \frac{\Delta P}{12\mu L} r_c^3\pi d_p \]

Burada \(Q\) kaçak debisini, \(\Delta P\) iki bölge arasındaki basınç farkını, \(\mu\) dinamik viskoziteyi, \(L\) temas uzunluğunu, \(r_c\) açıklığı ve \(d_p\) piston çapını temsil eder. İlişkide açıklığın küpü bulunması, küçük açıklık değişikliklerinin kaçak üzerinde neden güçlü bir etki oluşturabileceğinin matematiksel temelini gösterir.

Distribütör ile silindir gövdesi arasındaki kaçak ise hidrostatik yatak yaklaşımıyla:

\[ Q= \frac{\pi h^3\Delta P} {6\mu\ln(r_2/r_1)} \]

şeklinde modellenmiştir. Buradaki kritik güçlük, distribütörde çok sayıda port bulunduğu için karmaşık gerçek akışın tek bir analitik dış yarıçapla doğrudan temsil edilememesidir. Araştırmacılar bu nedenle \(r_2\) değerini fiziksel bir tek-port yarıçapı yerine, bütün kaçak alanının davranışını temsil eden eşdeğer toplulaştırılmış parametre olarak kullanmıştır.

CFD ile 1B model nasıl birbirine bağlanmıştır?

Distribütör–silindir gövdesi arasındaki ayrıntılı kaçak bölgesi Simerics MP+ ile üç boyutlu olarak modellenmiştir. CFD ağında açıklık yüksekliği 10 µm'dir ve bu dar bölgede açıklık boyunca beş ağ katmanı kullanılmıştır. Nihai analiz için seçilen Case 2 ağı 296.372 hücre ve 390.863 düğüm içermektedir.

Çalışma sıvısı ISO VG 46 hidrolik yağdır ve işletme sıcaklığı 323 K olarak alınmıştır. CFD sınır koşullarında giriş basıncı 40 MPa, çıkış basıncı 0,1 MPa ve dönme hızı 49 dev/dak'tır. Akışkan ayrıca \(9\times10^{-5}\) sabit gaz kütle oranına sahip homojen gaz–sıvı karışımı olarak modellenmiştir.

Dinamik viskozite basınca bağlı kabul edilmiş ve Barus ilişkisi uygulanmıştır:

\[ \mu=\mu_0\exp(\alpha P) \]

Burada referans viskozite \(\mu_0=0,02407\) Pa·s ve basınç-viskozite katsayısı \(\alpha=1,9\times10^{-8}\) Pa−1'dir. Geçici CFD çözümünde örnekleme/zaman adımı 0,0001 s ve toplam simülasyon süresi 2 s olarak verilmiştir.

Verianla Live: CFD bilgisinin sistem modeline aktarılması

Bu süreç, çalışmada kullanılan modelleme zincirini özetler. Aşamalar kaynak çalışmadaki gerçek yöntem sırasına dayanır; animasyon süresi fiziksel deney süresi değildir.

AşamaAçıklamaKaynak
1. Motor geometrisi1248 cc/dev motor; 10 piston, 8 kam lobu ve temel geometrik parametreler tanımlandı.Şekil 1–3, Tablo 1–2
2. Matematiksel modelPiston–kam kinematiği, moment kolu, port örtüşme alanı ve kaçak denklemleri oluşturuldu.Denklem 1–29
3. Yerel CFD modeliDistribütör–silindir gövdesi arasındaki 10 µm açıklık Simerics MP+ ile üç boyutlu çözüldü.Şekil 10–14
4. Ağ bağımsızlığıNihai ağ olarak 296.372 hücreli Case 2 seçildi.Tablo 5
5. Kaçak eşdeğerleştirmesiCFD'de yaklaşık 0,27 L/dak olarak verilen ortalama kaçak Amesim modeline aktarılacak biçimde r₂ = 10 mm eşdeğer parametresine dönüştürüldü.Şekil 14 ve sonuçlar
6. Sistem simülasyonu ve doğrulamaAmesim modeliyle debi, tork, kaçak ve verimler hesaplandı; tork sonuçları üretici katalog verileriyle karşılaştırıldı.Şekil 15–21
 

Verianla Live: Görselleştirme bu görünür bilimsel veri tablosundan tarayıcıda oluşturulur; tablo bilimsel kaynak-of-truth olarak korunur.

Ağ bağımsızlığı ne göstermiştir?

CFD ağı dört farklı çözünürlükte karşılaştırılmıştır. Çalışmanın tablosunda 101.205 hücreli Case 1 için 0,2861 L/dak, 296.372 hücreli Case 2 için 0,2844 L/dak, 729.588 hücreli Case 3 için 0,2844 L/dak ve 988.673 hücreli Case 4 için 0,2843 L/dak kaçak debisi raporlanmıştır. Hacimsel verim Case 1'de %96,4, diğer üç ağda %97,3'tür.

Ağ durumuHücre sayısıDüğüm sayısıKaçak debisi (L/dak)Hacimsel verim (%)
Case 1101.205146.0570,286196,4
Case 2 — seçilen ağ296.372390.8630,284497,3
Case 3729.588888.7450,284497,3
Case 4988.6731.304.2860,284397,3

Yazarlar Case 2 sonrasında bağıl hatanın %0,01 içinde kaldığını belirterek Case 2'yi hesaplama maliyeti ile çözüm kararlılığı arasında uygun ağ olarak seçmiştir. Bununla birlikte tabloda yayımlanan değerler sınırlı ondalık basamakla verildiğinden bu hassas hata ifadesi yalnız tablodaki yuvarlatılmış değerlerden bağımsız olarak doğrulanamamaktadır.

CFD kaçağı Amesim'e nasıl aktarılmıştır?

CFD sonuç bölümünde distribütör–silindir gövdesi açıklığındaki ortalama kaçak yaklaşık 0,27 L/dak olarak verilmektedir. Araştırmacılar hidrostatik kaçak denklemindeki \(r_2\) parametresini iteratif olarak ayarlayarak Amesim'deki kaçak fonksiyonunun bu CFD ortalamasını yeniden üretmesini sağlamış ve sonuçta \(r_2=10\) mm kullanmıştır.

Burada önemli bir kaynak ayrıntısı vardır: ağ bağımsızlığı tablosunda seçilen Case 2'nin kaçak değeri 0,2844 L/dak iken sonuç bölümünde model kalibrasyonu için yaklaşık 0,27 L/dak CFD ortalaması kullanılmaktadır. Çalışma bu farkı ayrıca açıklamadığı için iki değer tek bir kesin değere dönüştürülmemelidir. 0,2844 L/dak ağ bağımsızlığı tablosundaki Case 2 sonucudur; yaklaşık 0,27 L/dak ise yazarların sonraki kaçak karakterizasyonu ve Amesim kalibrasyonunda kullandığı ortalama değerdir.

Motorun dinamik davranışı ne göstermiştir?

Amesim simülasyonunda motor yaklaşık 1,3 saniyede 360° dönüş tamamlamış ve ortalama dönme hızı yaklaşık 47 dev/dak olmuştur. CFD'nin sınır koşulunda kullanılan 49 dev/dak ile Amesim'deki yaklaşık 47 dev/dak sonucu aynı sayı değildir ve kendi analiz bağlamlarında değerlendirilmelidir.

Port sinyalleri piston hareketiyle senkronize edilmiştir: yukarı strok sırasında giriş portu açılarak piston odasına akış sağlanırken aşağı strok sırasında çıkış portu açılarak akış boşaltılmaktadır. Her port 10,96° boyunca etkin olduğundan 22,5°'lik tam port adımında yaklaşık 0,58°'lik kısa bir kapalı bölge oluşmaktadır.

Bu kapalı bölgede piston odası giriş ve çıkıştan geçici olarak ayrılmaktadır. Alt ölü nokta yakınında kam eğriliği nedeniyle hacim değişim hızı azalırken modelde basınç belirgin biçimde yükselmiştir. Ortalama çalışma basıncı yaklaşık 40 MPa olmasına rağmen yerel tepe yaklaşık 70 MPa'a ulaşmıştır. Çalışma, kam halkasına düzleştirme açısı uygulanması veya port geometrisine çentik eklenmesi gibi düzenlemelerin bu geçişi yumuşatma potansiyelinden söz etmekte; ancak bu seçenekleri mevcut araştırmada ayrıntılı olarak optimize etmemektedir.

Kaçak yolları ne kadar büyüktür?

Amesim sonuçlarında piston ile silindir gövdesi arasındaki kaçak yaklaşık 0,73 L/dak, distribütör ile silindir gövdesi arasındaki CFD ile kalibre edilmiş kaçak ise yaklaşık 0,27 L/dak olarak hesaplanmıştır. Bu iki sayı aynı model çalışma durumundaki farklı geometrik kaçak yollarını temsil eder.

Verianla Live: İki temel iç kaçak yolunun karşılaştırılması

Grafik Amesim sonuçlarında raporlanan yaklaşık ortalama kaçak debilerini karşılaştırır. Değerler farklı fiziksel açıklık geometrilerine aittir ve yalnız çalışmanın modellenen çalışma koşulları için geçerlidir.

Kaçak yoluKaçak debisi (L/dak)ÖlçütKaynak
Piston – silindir gövdesi0,73Amesim model sonucu, yaklaşık değerŞekil 17a ve sonuç metni
Distribütör – silindir gövdesi0,27CFD ile kalibre edilmiş Amesim sonucu, yaklaşık değerŞekil 17b ve sonuç metni
 

Verianla Live: Görselleştirme bu görünür bilimsel veri tablosundan tarayıcıda oluşturulur; tablo bilimsel kaynak-of-truth olarak korunur.

Bu karşılaştırmada piston–silindir arasındaki modellenmiş kaçak, distribütör–silindir gövdesi kaçağından daha yüksektir. Ancak çalışma bu oranı bütün radyal pistonlu motorlara genellememektedir; değerler incelenen motor geometrisine ve model koşullarına bağlıdır.

Ana performans sonuçları nelerdir?

Bir tam motor devri için ortalama çıkış debisi yaklaşık 59,1 L/dak olarak hesaplanmıştır. Pistonların oluşturduğu motor torku yaklaşık 6756 N·m iken sürtünmenin hesaba katıldığı yük torku yaklaşık 6109 N·m'dir. Sonuç bölümünde giriş debisi 61,5 L/dak olarak verilir ve buna karşılık hacimsel verim yaklaşık %96, mekanik verim yaklaşık %90 olarak hesaplanır.

Performans değişkeniSonuçBilimsel bağlam
Giriş debisi61,5 L/dakSonuçlarda verilen model çalışma koşulu
Ortalama çıkış debisiYaklaşık 59,1 L/dakBir tam motor devri
Pistonların ürettiği torkYaklaşık 6756 N·mAmesim motor torku
Sürtünmeli yük torkuYaklaşık 6109 N·mGerçek yükü temsil eden model çıktısı
Hacimsel verimYaklaşık %96Model çalışma koşulu
Mekanik verimYaklaşık %90Model çalışma koşulu
Yerel basınç tepesiYaklaşık 70 MPaAlt ölü nokta yakınındaki kapalı port fazı

Hassasiyet analizi neyi ortaya koymuştur?

Araştırmacılar CFD tabanlı kaçak modelinin iki kritik parametresini referans değerlerinin ±%20'si arasında değiştirmiştir: distribütör–silindir gövdesi açıklık yüksekliği \(h\) ve eşdeğer dış yarıçap \(r_2\).

Açıklık yüksekliği arttıkça hacimsel verim monoton biçimde düşmüştür. Mekanik verimdeki değişim ise çok küçük kalmıştır. \(r_2\) büyüdüğünde hacimsel verimde artış görülmüş, ancak bu etkinin açıklık yüksekliğinin etkisinden daha zayıf olduğu raporlanmıştır. Bu sonuç model performansının özellikle hacimsel kayıplar açısından açıklık yüksekliğine duyarlı olduğunu göstermektedir.

Tork açısından açıklık yüksekliği değiştirildiğinde ortalama tork yaklaşık −%1,0 ile +%0,5 aralığında değişmiş ve tork dalgalanması yaklaşık 0,2 yüzde puanlık değişim göstermiştir. \(r_2\) değişiminde ortalama tork yaklaşık ±%0,5 aralığında kalırken tork dalgalanmasındaki değişim yaklaşık 0,4 yüzde puana kadar ulaşmıştır. Yazarların yorumuna göre ortalama tork açıklık yüksekliğine, tork dalgalanması ise kaçak dağılımını temsil eden \(r_2\)'ye görece daha duyarlıdır; ancak her iki etkinin de sistem düzeyindeki büyüklüğü sınırlıdır.

Üretici katalog verisiyle doğrulama ne kadar başarılıdır?

Model torku 10, 15, 20, 25, 30, 35 ve 40 MPa basınç seviyelerinde farklı dönme hızlarında üretici katalog eğrileriyle karşılaştırılmıştır. Simülasyon, incelenen çalışma aralığında katalog torkunun genel eğilimini ve büyüklüğünü takip etmiştir.

Çalışmanın verdiği nicel hata değerleri:

  • Maksimum tork hatası: %5,3
  • Minimum tork hatası: %0,1
  • Ortalama tork hatası: %1,6

Bu sonuç modelin tork tahmininde katalog verisiyle iyi uyum gösterdiğini desteklemektedir. Bununla birlikte katalog karşılaştırması, ayrıntılı bağımsız laboratuvar deneyinin yerine geçmez; özellikle mikro açıklık akışının, geçici 70 MPa basınç tepesinin ve bütün yerel akış alanının fiziksel motorda doğrudan ölçülmüş olduğu sonucuna varılamaz.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

  • Yerel CFD analiziyle elde edilen mikro-kaçak bilgisi, eşdeğer bir fonksiyon aracılığıyla 1B Amesim sistem modeline aktarılabilir.
  • İncelenen motor ve model koşullarında distribütör–silindir gövdesi kaçağı sistem performansında anlamlı biçimde temsil edilebilmiştir.
  • Model yaklaşık %96 hacimsel ve %90 mekanik verim vermiştir.
  • Simüle edilen tork üretici katalog verileriyle incelenen koşullarda ortalama %1,6 hata göstermiştir.
  • Açıklık yüksekliği hacimsel kayıplar üzerinde eşdeğer dış yarıçaptan daha belirgin bir etkiye sahiptir.
  • Kısa port izolasyon bölgesi modelde yaklaşık 70 MPa'a ulaşan yerel basınç yükselmesi oluşturabilmektedir.

Çalışmanın desteklemediği veya henüz test etmediği sonuçlar

  • Model bütün radyal pistonlu motorların aynı kaçak, verim veya tork değerlerine sahip olduğunu göstermemektedir.
  • Yaklaşık %96 hacimsel ve %90 mekanik verim bütün basınç, sıcaklık, devir ve aşınma koşulları için garanti değildir.
  • Yaklaşık 70 MPa basınç tepesi bu çalışmada ayrıntılı fiziksel basınç deneyiyle bağımsız olarak doğrulanmış bir evrensel motor değeri değildir.
  • Kam halkası düzleştirme açısı veya port çentiklerinin basınç tepesini ne kadar azaltacağı bu araştırmada optimize edilmemiştir.
  • CFD ile bilgilendirilen model yaklaşımının farklı motor geometrilerinde aynı hata düzeyini sağlayacağı gösterilmemiştir.
  • Çalışma uzun dönem aşınma, üretim toleransı değişimi veya gerçek saha ömrü konusunda doğrudan dayanıklılık sonucu sunmamaktadır.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Analiz hedefi ve fiziksel sistem

Çalışmanın hedef sistemi 1248 cc/dev deplasmanlı, 10 pistonlu ve 8 loblu çok strokulu radyal pistonlu motordur. Model; piston hareketini, port zamanlamasını, tork üretimini ve iki temel iç kaçak yolunu aynı sistem çerçevesinde ele almaktadır.

1B Amesim modeli

Amesim modelinde döner yükten elde edilen açı sinyali önce pistonlar için 9° faz farkına sahip açısal sinyallere dönüştürülür. Bu sinyaller kullanılarak her pistonun yer değiştirmesi, hızı ve tork hesabında gereken moment kolu belirlenir. Aynı açı bilgisi giriş ve çıkış portlarının etkin açıklık alanlarını oluşturan fonksiyon bloklarına gönderilir.

Her piston odasının giriş ve çıkış bağlantısı kendi port sinyaliyle yönetilir. Piston üzerinde oluşan hidrolik kuvvet moment koluyla çarpılarak torka dönüştürülür ve bütün pistonların katkıları döner yüke iletilir. Modelde hem piston–silindir hem distribütör–silindir gövdesi kaçak yolları bulunur.

CFD modeli

CFD parametresiDeğer
YazılımSimerics MP+
Çalışma sıvısıISO VG 46 hidrolik yağ
Çalışma sıcaklığı323 K
Giriş basıncı40 MPa
Çıkış basıncı0,1 MPa
CFD dönme hızı49 dev/dak
Distribütör–gövde açıklığı10 µm
Açıklık boyunca ağ katmanı5
Seçilen hücre sayısı296.372
Seçilen düğüm sayısı390.863
Gaz kütle oranı9 × 10−5
Referans dinamik viskozite0,02407 Pa·s
Basınç-viskozite katsayısı1,9 × 10−8 Pa−1
Zaman adımı / örnekleme aralığı0,0001 s
Toplam simülasyon süresi2 s

CFD–1B bağlantısının ana parametresi

CFD analizinde distribütör–silindir gövdesi açıklığındaki ortalama kaçak sonuç bölümünde yaklaşık 0,27 L/dak olarak verilmiştir. Hidrostatik kaçak denklemindeki eşdeğer dış yarıçap, Amesim modeli bu değeri yeniden üretecek biçimde iteratif olarak ayarlanmış ve r2 = 10 mm seçilmiştir.

Port zamanlaması ve basınç

Bir portun etkin açılma aralığı 10,96°'dir. Sekiz giriş ve sekiz çıkış portunun geometrisine bağlı olarak bir doldurma–boşaltma dizisinin açısal adımı 22,5°'dir. İki port açılma aralığının çıkarılması yaklaşık 0,58°'lik izole piston odası aralığı bırakmaktadır. Modelde bu aralık özellikle alt ölü nokta yakınında yaklaşık 70 MPa'lık yerel basınç tepesine karşılık gelmektedir.

Ana sonuçların teknik özeti

DeğişkenRaporlanan sonuçYorum sınırı
Motorun Amesim ortalama dönme hızıYaklaşık 47 dev/dakİncelenen simülasyon çalışma durumu
Bir devri tamamlama süresiYaklaşık 1,3 sAmesim sonucu
Piston–silindir kaçağıYaklaşık 0,73 L/dakAmesim sonucu
Distribütör–silindir gövdesi kaçağıYaklaşık 0,27 L/dakCFD ile kalibre edilmiş Amesim sonucu
Ortalama çıkış debisiYaklaşık 59,1 L/dakBir tam devrin simülasyonu
Motor torkuYaklaşık 6756 N·mPistonların oluşturduğu hesaplanan tork
Yük torkuYaklaşık 6109 N·mSürtünme hesaba katılmış model sonucu
Hacimsel verimYaklaşık %96İncelenen çalışma koşulu
Mekanik verimYaklaşık %90İncelenen çalışma koşulu
Katalog karşılaştırması ortalama tork hatası%1,6Çalışmada test edilen basınç/devir noktaları
Katalog karşılaştırması maksimum tork hatası%5,3Test edilen çalışma aralığındaki en yüksek hata

Bu sonuçların birlikte değerlendirilmesi, CFD ile belirlenen yerel mikro-kaçak davranışının hesaplama açısından daha hafif bir 1B modele aktarılabildiğini ve modelin incelenen çalışma aralığında katalog tork eğrilerini yakın biçimde yeniden üretebildiğini göstermektedir. Çalışmanın bilimsel katkısı tek başına yeni bir CFD çözümü veya tek başına bir Amesim modeli değil, bu iki modelleme ölçeği arasında oluşturulan kaçak karakterizasyonu bağlantısıdır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Dynamic Modeling of Multi-Stroke Radial Piston Motor with CFD-Informed Leakage Characterization

Yazarlar ve sıra: Manhui Woo; Sangwon Ji.

Eş katkı/eş birinci yazar: Çalışmada eş katkı veya eş birinci yazarlık beyanı yer almamaktadır.

Sorumlu yazar: Sangwon Ji.

Kurumlar: Manhui Woo — Department of Mechanical System Engineering, Graduate School of Pukyong National University, Busan, Republic of Korea. Sangwon Ji — Department of Mechanical System Engineering, Pukyong National University, Busan, Republic of Korea.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Hakemli araştırma makalesi.

Dergi: Actuators.

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland.

Bibliyografik kayıt: Actuators 2026, 15, 54.

DOI: 10.3390/act15010054

Alınış tarihi: 9 Aralık 2025.

Revizyon: 9 Ocak 2026.

Kabul: 10 Ocak 2026.

Yayın: 13 Ocak 2026.

Resmî yayın bağlantısı: https://www.mdpi.com/2076-0825/15/1/54

DOI bağlantısı: https://doi.org/10.3390/act15010054

Lisans: Creative Commons Attribution — CC BY. Makale açık erişim olarak yayımlanmıştır.

Finansman: Çalışma, Republic of Korea Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE) tarafından finanse edilen Manufacturing-based Production System Program kapsamında No. 20018662 ile desteklenmiştir.

Veri erişilebilirliği: Yazarlar özgün katkıların makalenin içinde bulunduğunu, ek soruların sorumlu yazara yöneltilebileceğini belirtmektedir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmektedir.

Yazar katkıları: Manhui Woo; kavramsallaştırma, yazılım ve ilk taslak yazımını üstlenmiştir. Sangwon Ji; doğrulama, gözden geçirme/düzenleme ve finansman temininde görev almıştır. Her iki yazar son metni okuyup onaylamıştır.

Yöntemsel sınır: Araştırma, CFD ile bilgilendirilen bir boyutlu sistem simülasyonu çalışmasıdır. Distribütör–silindir gövdesi mikro-kaçağı Simerics MP+ CFD analiziyle karakterize edilmiş ve eşdeğer bir kaçak parametresi olarak Amesim modeline aktarılmıştır. Genel motor performansının doğrulanması üretici katalog verileriyle tork karşılaştırmasına dayanmaktadır. Bu nedenle sonuçlar kapsamlı bağımsız fiziksel motor deneylerinin veya uzun dönem saha testlerinin yerine geçirilmemelidir.

Kaynak içi sayısal not: Ağ bağımsızlığı tablosunda seçilen 296.372 hücreli Case 2 için kaçak debisi 0,2844 L/dak olarak verilmesine karşın sonuç ve kalibrasyon bölümünde CFD ortalama kaçağı yaklaşık 0,27 L/dak olarak kullanılmaktadır. Kaynak bu farkı ayrıca açıklamamaktadır; bu Verianla metninde iki değer kendi yayımlanmış bağlamlarında korunmuştur.

Bu Verianla açıklaması bilimsel içerik bakımından yalnızca incelenen çalışmaya dayanmaktadır. Bibliyografik kimlik resmî yayın kaydıyla kontrol edilmiş, dış kaynaklardan çalışmaya yeni deneysel bulgu, sayı, mekanizma veya performans sonucu eklenmemiştir.


Paylaş:

Yorumlar incelendikten sonra yayımlanır.Gönderdiğiniz yorum onay sürecine alınır ve uygun bulunduğunda görünür hâle gelir.

Bir yorum bırakın

E-posta adresiniz yayınlanmayacaktır. Gerekli alanlar * ile işaretlenmiştir

Your experience on this site will be improved by allowing cookies Cookie Policy