Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης
Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την υπολογιστική προσομοίωση μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα-νερού γύρω από την πίσω πτέρυγα ενός μονοθεσίου της Formula 1, το γνωστό και ως Drag Reduction System(DRS), και η μελέτη της αεροδυναμικής της συμπεριφοράς. Επίσης για όλες τις περιπτώσεις...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14612 |
| id |
nemertes-10889-14612 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υπολογιστική ρευστομηχανική Διφασική ροή αέρα-νερού Σύστημα DRS Αεροδυναμική απόδοση Computational fluid-mechanics Two-phase air-water flow DragReductionSystem Aerodynamic efficiency |
| spellingShingle |
Υπολογιστική ρευστομηχανική Διφασική ροή αέρα-νερού Σύστημα DRS Αεροδυναμική απόδοση Computational fluid-mechanics Two-phase air-water flow DragReductionSystem Aerodynamic efficiency Γιαννόπουλος, Νικόλαος Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την υπολογιστική προσομοίωση μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα-νερού γύρω από την πίσω πτέρυγα ενός μονοθεσίου της Formula 1, το γνωστό και ως Drag Reduction System(DRS), και η μελέτη της αεροδυναμικής της συμπεριφοράς. Επίσης για όλες τις περιπτώσεις ,και με την αύξηση της γωνίας προσβολής, μελετώνται οι κατανομές της στατικής πίεσης. Τόσο ως κύρια όσο και ως δευτερεύουσα (flap) πτέρυγα επιλέχθηκε η αεροτομή Eppler 420, ως κατάλληλη για παραγωγή μεγάλων συντελεστών κάθετης δύναμης.
Το υπολογιστικό πακέτο που χρησιμοποιήθηκε είναι το ASNYS Fluent. Η προσομοιώσεις έγιναν και για το ανοιχτό και για το κλειστό DRS, για ταχύτητα αέρα 280 km/h και 320 km/h, και για γωνίες προσβολής 0˚, ±3˚, ±5˚, ±9˚, ±12˚. Στην περίπτωση της διφασικής ροής επιλέχθηκε πυκνότητα περιεχόμενης βροχής LWC=30 g/m³. Όλες οι προσομοιώσεις έγιναν με τη χρήση του μοντέλου Realizable k-ε και στην περίπτωση της μοντελοποίησης της διφασικής ροής χρησιμοποιήθηκαν τα μοντέλα Discrete Phase Model για διακριτή φάση και Taylor Analogy Breakup για τη διάσπαση των σωματιδίων.
Η υπολογιστική διαδικασία μας έδειξε ότι, όπως αναμέναμε, το κλειστό DRS παράγει μεγαλύτερο συντελεστή κάθετης δύναμης, ο οποίος και αυξάνεται με αύξηση της γωνίας προσβολής. Στην περίπτωση του ανοιχτού υπάρχει μείωση όσο αυξάνεται η γωνία προσβολής. Ο συντελεστής αντίστασης στο κλειστό DRS μειώνεται με την αύξηση της γωνίας. Το ανοιχτό DRS παρουσιάζει μεγάλη μείωση του συντελεστή αντίστασης σε σχέση με το κλειστό, αυτός άλλωστε είναι και ο βασικός στόχος του συστήματος. Η στατική πίεση στο επάνω μέρος του συστήματος είναι μεγαλύτερη και πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη όσο αυξάνεται η γωνία, ενώ εκεί που μεγιστοποιείται έχουμε την ελάχιστη ταχύτητα αέρα.
Στην μελέτη της διφασικής ροής αέρα-νερού έχουμε αύξηση και του συντελεστή αντίστασης αλλά και του συντελεστής άνωσης κατά απόλυτη τιμή. Παρατηρήθηκε επίσης η διάσπαση των σταγονιδίων κατά τη σύγκρουση με το φιλμ που δημιουργείται στις πτέρυγες και ο σχηματισμός ενός νέφους γύρω τους. |
| author2 |
Giannopoulos, Nikolaos |
| author_facet |
Giannopoulos, Nikolaos Γιαννόπουλος, Νικόλαος |
| author |
Γιαννόπουλος, Νικόλαος |
| author_sort |
Γιαννόπουλος, Νικόλαος |
| title |
Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης |
| title_short |
Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης |
| title_full |
Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης |
| title_fullStr |
Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης |
| title_sort |
υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα drs μονοθεσίου formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/14612 |
| work_keys_str_mv |
AT giannopoulosnikolaos ypologistikēanalysētēsroēsgyrōapotosystēmadrsmonothesiouformula1sesynthēkesbrochoptōsēs AT giannopoulosnikolaos computationalanalysisoftheflowaroundoftheformula1drssysteminrainconditions |
| _version_ |
1771297206195716096 |
| spelling |
nemertes-10889-146122022-09-05T11:17:02Z Υπολογιστική ανάλυση της ροής γύρω από το σύστημα DRS μονοθεσίου Formula 1 σε συνθήκες βροχόπτωσης Computational analysis of the flow around of the Formula 1 DRS system in rain conditions Γιαννόπουλος, Νικόλαος Giannopoulos, Nikolaos Υπολογιστική ρευστομηχανική Διφασική ροή αέρα-νερού Σύστημα DRS Αεροδυναμική απόδοση Computational fluid-mechanics Two-phase air-water flow DragReductionSystem Aerodynamic efficiency Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την υπολογιστική προσομοίωση μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα-νερού γύρω από την πίσω πτέρυγα ενός μονοθεσίου της Formula 1, το γνωστό και ως Drag Reduction System(DRS), και η μελέτη της αεροδυναμικής της συμπεριφοράς. Επίσης για όλες τις περιπτώσεις ,και με την αύξηση της γωνίας προσβολής, μελετώνται οι κατανομές της στατικής πίεσης. Τόσο ως κύρια όσο και ως δευτερεύουσα (flap) πτέρυγα επιλέχθηκε η αεροτομή Eppler 420, ως κατάλληλη για παραγωγή μεγάλων συντελεστών κάθετης δύναμης. Το υπολογιστικό πακέτο που χρησιμοποιήθηκε είναι το ASNYS Fluent. Η προσομοιώσεις έγιναν και για το ανοιχτό και για το κλειστό DRS, για ταχύτητα αέρα 280 km/h και 320 km/h, και για γωνίες προσβολής 0˚, ±3˚, ±5˚, ±9˚, ±12˚. Στην περίπτωση της διφασικής ροής επιλέχθηκε πυκνότητα περιεχόμενης βροχής LWC=30 g/m³. Όλες οι προσομοιώσεις έγιναν με τη χρήση του μοντέλου Realizable k-ε και στην περίπτωση της μοντελοποίησης της διφασικής ροής χρησιμοποιήθηκαν τα μοντέλα Discrete Phase Model για διακριτή φάση και Taylor Analogy Breakup για τη διάσπαση των σωματιδίων. Η υπολογιστική διαδικασία μας έδειξε ότι, όπως αναμέναμε, το κλειστό DRS παράγει μεγαλύτερο συντελεστή κάθετης δύναμης, ο οποίος και αυξάνεται με αύξηση της γωνίας προσβολής. Στην περίπτωση του ανοιχτού υπάρχει μείωση όσο αυξάνεται η γωνία προσβολής. Ο συντελεστής αντίστασης στο κλειστό DRS μειώνεται με την αύξηση της γωνίας. Το ανοιχτό DRS παρουσιάζει μεγάλη μείωση του συντελεστή αντίστασης σε σχέση με το κλειστό, αυτός άλλωστε είναι και ο βασικός στόχος του συστήματος. Η στατική πίεση στο επάνω μέρος του συστήματος είναι μεγαλύτερη και πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη όσο αυξάνεται η γωνία, ενώ εκεί που μεγιστοποιείται έχουμε την ελάχιστη ταχύτητα αέρα. Στην μελέτη της διφασικής ροής αέρα-νερού έχουμε αύξηση και του συντελεστή αντίστασης αλλά και του συντελεστής άνωσης κατά απόλυτη τιμή. Παρατηρήθηκε επίσης η διάσπαση των σταγονιδίων κατά τη σύγκρουση με το φιλμ που δημιουργείται στις πτέρυγες και ο σχηματισμός ενός νέφους γύρω τους. The present dissertation deals with the computational simulation of single-phase air flow and two-phase air-water flow around the rear wing of a Formula 1 car, also known as the Drag Reduction System (DRS), and the study of its aerodynamic behavior. Also for all cases, and with the increase of the angle of attack, the static pressure distributions are studied. The Eppler 420 spoiler was chosen as both the main and the secondary (flap) wing, as suitable for the production of large coefficients of vertical force. The computer package used is ASNYS Fluent. The simulations were performed for both open and closed DRS, for air speeds of 280 km / h and 320 km / h, and for angles of attack 0˚, ± 3˚, ± 5˚, ± 9˚, ˚ 12˚. In the case of biphasic flow, a rainfall density of LWC = 30 g / m³ was selected. All simulations were performed using the Realizable k-e model and in the case of two-phase flow modeling the Discrete Phase Model for discrete phase and Taylor Analogy Breakup for particle splitting were used. The computational process showed us that, as expected, the closed DRS produces a higher coefficient of vertical force, which increases with increasing angle of attack. In the case of the open there is a decrease as the angle of attack increases. The coefficient of resistance in the closed DRS decreases with increasing angle. Open DRS shows a large reduction in the coefficient of resistance compared to closed, this is also the main goal of the system. The static pressure at the top of the system is higher and more evenly distributed as the angle increases, while where it is maximized, we have the minimum air velocity. In the study of two-phase air-water flow we have an increase of both the resistance coefficient and the buoyancy coefficient at an absolute value. The droplets were also split during the collision with the film formed on the wings and the formation of a cloud around them. 2021-03-05T17:29:48Z 2021-03-05T17:29:48Z 2021-03-05 http://hdl.handle.net/10889/14612 gr application/pdf |
