Υπολογιστική διερεύνηση αεροδυναμικής συμπεριφορά του μοντέλου DrivAer Notchback σε συνθήκες μονοφασικής και διφασικής ροής

• Κύριος συγγραφέας: Παρασκευόπουλος, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Paraskevopoulos, Ioannis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD); Αεροδυναμική αυτοκινήτων; Μοντέλο DrivAer; Computational Fluid Dynamics (CFD); Automotive aerodynamics; DrivAer model; Realizable k–ε; DPM; Polyhexcore

Η οδηγική ασφάλεια σε διάφορες κλιματικές συνθήκες και οι χαμηλές εκπομπές ρύπων CO2, είναι δύο απο τις κυριότερες προδιαγραφές στην αυτοκινητοβιομηχανία. Σύμφωνα με την υπάρχουσα βιβλιογραφία, αυτά μπορούν να επιτευχθούν μέσω αεροδυναμικών βελτιστοποιήσεων των αυτοκινήτων. Σε αυτό το εγχείρημα συμβάλλει σημαντικά η διαρκώς αυξανόμενη χρήση της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD) διότι προσφέρει την προοπτική ταχύτατων και ακριβών λύσεων στον τομέα της αεροδυναμικής των αυτοκινήτων. Βέβαια, η κατανόηση των σύνθετων ροϊκών φαινομένων σε αυτές τις περιπτώσεις είναι απολύτως απαραίτητη. Ως εκ τούτου, στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των βασικότερων αεροδυναμικών δομών μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα—βρόχινου νερού μέσα από διενέργεια αριθμητικών προσομοίωσεων στο μοντέλο DrivAer με διαμόρφωση Notchback οπίσθιου τμήματος. Το μοντέλο αυτό, είναι μια ρεαλιστική γεωμετρία συμβατικού επιβατηγού αυτοκινήτου, το οποίο σχεδιάστηκε στο Technical Institute of Munich (TUM) με τη συνεισφορά των BMW Group και Audi AG. Προκειμένου να διερευνηθεί η αεροδυναμική του συμπεριφορά σε δύο ταχύτητες, υπέστη τις απαραίτητες γεωμετρικές απλοποιήσεις στο λογισμικό Spaceclaim 2021 R1 και στη συνέχεια διακριτοποιήθηκε με αριθμητικό πλέγμα Polyhexcore 9.3 εκατομμυρίων κελιών της τεχνολογίας mosaic meshing. Οι προσομοιώσεις διεξάχθηκαν στον εμπορικό κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Ansys Fluent 2021 R1. Για τη μοντελοποίηση της τύρβης επιστρατεύτηκε το RANS μοντέλο Realizable k—ε σε συνδυασμό με standard wall functions. Αντίστοιχα, η διφασική ροή μοντελοποιήθηκε με την προσέγγιση Euler—Lagrange και συγκεκριμένα με το μοντέλο DPM. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως η αύξηση της ταχύτητας του οχήματος οδήγησε σε πιο ισχυρές τυρβώδεις δομές στο απόρρευμα. Επίσης, η μεγαλύτερη συγκέντρωση νερού σε συνθήκες βροχής σημειώνεται στις μπροστινές επιφάνειες και συγκεκριμένα στο παρμπρίζ και τους προβολείς. Συνολικά τα αριθμητικά αποτελέσματα, παρά τις μικρές αποκλίσεις, βρέθηκαν σε συμφωνία με πειραματικές μετρήσεις από τη βιβλιογραφία. Από τη μελέτη προκύπτει αφενός ότι πίσω από το αυτοκίνητο εντοπίζεται μια περιοχή ανακυκλοφορίας με έντονα τρισδιάστατη, χρονοεξαρτώμενη συμπεριφορά και αφετέρου πως σε συνθήκες ισχυρής βροχόπτωσης δημιουργούνται λειτουργικά αλλά και αισθητικά προβλήματα στο αυτοκίνητο. Συνεπώς, επιβάλλεται προσεκτικός σχεδιασμός συστημάτων EWM (Exterior Water Management).