Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη του DrivAer Fastback μοντέλου σε συνθήκες μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα-νερού. Στόχος είναι η ανάλυση των αεροδυναμικών φαινομένων στη ροή γύρω από ένα συμβατικό αυτοκίνητο, τόσο σε ενδεικτικές τα...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14987 |
| id |
nemertes-10889-14987 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αεροδυναμική Υπολογιστική ρευστοδυναμική Διφασική ροή DrivAer Aerodynamics Computational fluid dynamics (CFD) Two-phase flow Poly-Hexcore |
| spellingShingle |
Αεροδυναμική Υπολογιστική ρευστοδυναμική Διφασική ροή DrivAer Aerodynamics Computational fluid dynamics (CFD) Two-phase flow Poly-Hexcore Φελέκος, Γεώργιος Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου |
| description |
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη του DrivAer Fastback μοντέλου σε συνθήκες μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα-νερού. Στόχος είναι η ανάλυση των αεροδυναμικών φαινομένων στη ροή γύρω από ένα συμβατικό αυτοκίνητο, τόσο σε ενδεικτικές ταχύτητες λειτουργίας του, 16m/s και 38.89m/s, όσο και υπό την επήρεια έντονης βροχής. Μετά από την επεξεργασία στο ANSYS Spaceclaim της, παρεχόμενης από το Technical University of Münich (TUM), γεωμετρίας και την κατασκευή του υπολογιστικού χώρου και των περιοχών πύκνωσης του πλέγματος, κατασκευάστηκε υψηλής ποιότητας Poly-Hexcore πλέγμα στο ANSYS Fluent Meshing R19.2. Αυτό αποτελεί την εφαρμογή της καινούριας τεχνολογίας Mosaic Meshing της ANSYS Inc. που καταφέρνει να μειώσει σημαντικά των αριθμό κελιών του πλέγματος, διατηρώντας υψηλή ακρίβεια. Η μελέτη ανεξαρτητοποίησης του πλέγματος έγινε με την μέθοδο GCI, μέσω της κατασκευής τριών πλεγμάτων 4.8, 10.5 και 21.6 εκατομμυρίων κελιών, όπου και βρέθηκε σύγκλιση των αποτελεσμάτων στο πλέγμα των 10.5 εκατομμυρίων κελιών, το οποίο και επιλέχθηκε. Οι προσομοιώσεις έγιναν στο ANSYS Fluent R19.2, όπου μετά από δοκιμές, επιλέχθηκε μοντελοποίηση με τη χρήση k-ε Realizable μοντέλου τύρβης, με Scalable wall functions και αλγόριθμο SimpleC 2ης τάξης, ενώ για τη διφασική ροή χρησιμοποιήθηκε η προσέγγιση Lagrange από το μοντέλο διακριτής φάσης (DPM). Tα αποτελέσματα της μονοφασικής ροής συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα, από τη βιβλιογραφία, πειραματικά και βρέθηκαν να προσεγγίζονται με καλή ακρίβεια, ιδιαίτερα για τον συντελεστή αντίστασης. Η ροή και οι στροβιλισμοί οπτικοποιήθηκαν και παρουσιάστηκαν σε αντίστοιχα διαγράμματα. Από την άλλη, και οι δομές του νερού που παρατηρήθηκαν στην μοντελοποίηση της βροχής είναι χαρακτηριστικές στη βιβλιογραφία και αποτελούνται κυρίως από τη δημιουργία λεπτού φιλμ νερού στις μπροστινές και πλαϊνές επιφάνειες του αυτοκινήτου, καθώς και την περιοχή ανακυκλοφορίας στο απόρρευμα αυτού. Αυτές επηρεάζουν αρνητικά τόσο την λειτουργικότητα και αισθητική του οχήματος, όσο και την ασφάλειά του. Τέλος, παρουσιάζονται συμπεράσματα και αναδεικνύονται τα περιθώρια μελλοντικής επέκτασης της μελέτης, τόσο στο επίπεδο της υπολογιστικής μοντελοποίησης, όσο και στον γεωμετρικό σχεδιασμό για βελτιστοποίηση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς του DrivAer μοντέλου. |
| author2 |
Felekos, Georgios |
| author_facet |
Felekos, Georgios Φελέκος, Γεώργιος |
| author |
Φελέκος, Γεώργιος |
| author_sort |
Φελέκος, Γεώργιος |
| title |
Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου |
| title_short |
Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου |
| title_full |
Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου |
| title_fullStr |
Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου |
| title_sort |
υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του drivaer fastback μοντέλου |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/14987 |
| work_keys_str_mv |
AT phelekosgeōrgios ypologistikēanalysēmonophasikēskaidiphasikēsroēsstēnaerodynamikēsymperiphoratoudrivaerfastbackmontelou AT phelekosgeōrgios numericalanalysisofsingleandtwophaseflowonthedrivaerfastbackmodelaerodynamics |
| _version_ |
1771297326068924416 |
| spelling |
nemertes-10889-149872022-09-05T20:51:03Z Υπολογιστική ανάλυση μονοφασικής και διφασικής ροής στην αεροδυναμική συμπεριφορά του DrivAer Fastback μοντέλου Numerical analysis of single and two-phase flow on the DrivAer Fastback model aerodynamics Φελέκος, Γεώργιος Felekos, Georgios Αεροδυναμική Υπολογιστική ρευστοδυναμική Διφασική ροή DrivAer Aerodynamics Computational fluid dynamics (CFD) Two-phase flow Poly-Hexcore Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη του DrivAer Fastback μοντέλου σε συνθήκες μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα-νερού. Στόχος είναι η ανάλυση των αεροδυναμικών φαινομένων στη ροή γύρω από ένα συμβατικό αυτοκίνητο, τόσο σε ενδεικτικές ταχύτητες λειτουργίας του, 16m/s και 38.89m/s, όσο και υπό την επήρεια έντονης βροχής. Μετά από την επεξεργασία στο ANSYS Spaceclaim της, παρεχόμενης από το Technical University of Münich (TUM), γεωμετρίας και την κατασκευή του υπολογιστικού χώρου και των περιοχών πύκνωσης του πλέγματος, κατασκευάστηκε υψηλής ποιότητας Poly-Hexcore πλέγμα στο ANSYS Fluent Meshing R19.2. Αυτό αποτελεί την εφαρμογή της καινούριας τεχνολογίας Mosaic Meshing της ANSYS Inc. που καταφέρνει να μειώσει σημαντικά των αριθμό κελιών του πλέγματος, διατηρώντας υψηλή ακρίβεια. Η μελέτη ανεξαρτητοποίησης του πλέγματος έγινε με την μέθοδο GCI, μέσω της κατασκευής τριών πλεγμάτων 4.8, 10.5 και 21.6 εκατομμυρίων κελιών, όπου και βρέθηκε σύγκλιση των αποτελεσμάτων στο πλέγμα των 10.5 εκατομμυρίων κελιών, το οποίο και επιλέχθηκε. Οι προσομοιώσεις έγιναν στο ANSYS Fluent R19.2, όπου μετά από δοκιμές, επιλέχθηκε μοντελοποίηση με τη χρήση k-ε Realizable μοντέλου τύρβης, με Scalable wall functions και αλγόριθμο SimpleC 2ης τάξης, ενώ για τη διφασική ροή χρησιμοποιήθηκε η προσέγγιση Lagrange από το μοντέλο διακριτής φάσης (DPM). Tα αποτελέσματα της μονοφασικής ροής συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα, από τη βιβλιογραφία, πειραματικά και βρέθηκαν να προσεγγίζονται με καλή ακρίβεια, ιδιαίτερα για τον συντελεστή αντίστασης. Η ροή και οι στροβιλισμοί οπτικοποιήθηκαν και παρουσιάστηκαν σε αντίστοιχα διαγράμματα. Από την άλλη, και οι δομές του νερού που παρατηρήθηκαν στην μοντελοποίηση της βροχής είναι χαρακτηριστικές στη βιβλιογραφία και αποτελούνται κυρίως από τη δημιουργία λεπτού φιλμ νερού στις μπροστινές και πλαϊνές επιφάνειες του αυτοκινήτου, καθώς και την περιοχή ανακυκλοφορίας στο απόρρευμα αυτού. Αυτές επηρεάζουν αρνητικά τόσο την λειτουργικότητα και αισθητική του οχήματος, όσο και την ασφάλειά του. Τέλος, παρουσιάζονται συμπεράσματα και αναδεικνύονται τα περιθώρια μελλοντικής επέκτασης της μελέτης, τόσο στο επίπεδο της υπολογιστικής μοντελοποίησης, όσο και στον γεωμετρικό σχεδιασμό για βελτιστοποίηση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς του DrivAer μοντέλου. Subject of the current diploma thesis is the computational study of the DrivAer Fastback model in single-phase flow of air and two-phase flow of air and water. The purpose is the analysis of the aerodynamic phenomena of the flow around a conventional car, in indicative operational velocities, 16m/s and 38.89 m/s, and under influence of heavy rain. After processing in ANSYS Spaceclaim the geometry given, by the Technical University of Münich (TUM), and the construction of the computational domain and the bodies of influence of the mesh, a high quality Poly-Hexcore mesh was constructed in ANSYS Fluent Meshing R19.2. It is the application of the new Mosaic Meshing technology, by ANSYS Inc., which manages to reduce the number of cells in the mesh, while keeping the accuracy high. The grid independence study was conducted with the GCI method, by the construction of 3 meshes of, 4.8, 10.5 and 21.6 million cells, where convergence was found by the mesh with the 10.5 million cells, which was finally chosen. The simulations were performed in ANSYS Fluent R19.2, where after tests, modeling using k-ε Realizable turbulence model, with Scalable wall functions and 2nd order SimpleC algorithm was chosen, while for the two-phase flow the Lagrange approach was used by the discrete phase modeling (DPM). The results of the single-phase flow were compared with the, available in the bibliography, experimental ones and were found to be approximated with good accuracy, especially for the drag coefficient. The flow and vortices were visualized and presented in the corresponding diagrams. On the other hand, the water structures that were observed in the rain modeling, are characteristic in the bibliography, and consist of the formation of a thin water film at the front and side surfaces of the car and the recirculation area in its wake. These influence negatively the operation, aesthetics and safety of the car. Finally, the conclusions are presented and the margins for future expansion of the study are showcased, for the numerical modeling and the geometric design for optimization of the aerodynamic behavior of the DrivAer model. 2021-07-12T10:21:46Z 2021-07-12T10:21:46Z 2021-07-14 http://hdl.handle.net/10889/14987 gr application/pdf |
