Biler

 

Casestudie - Validering af CFD beregning af aerodynamiske belastninger på en bil

Dette casestudie viser hvordan Aerotak™ kan bestemme modstanden på en bil ved brug af CFD. 

 

Formål

Formålet med simuleringen er at opnå en god overenstemmelse mellem CFD fordusigelser og eksperimentelle vind tunnel forsøg udført på DrivAer bilen af Heft et al. (2012).

Simulerings setup

Den eksperimentelle vind tunnel anvendes som input i CFD modellen for at sikre en så god sammenligning med CFD og eksperimentel data som muligt. En rektangulær kasse med et indløb (blå), et udløb (rød) og en bevægende gulv (yellow) udgør fluid domænet. Hjulene modelleres med en MRF model (roterende koordinatsystem) med en rotationshastighed, der tilsvarer hjulenes reelle rotationshastighed. For at fange de vigtigste turbulente strømningsstrukturer anvendes en Spalart-Allmaras Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) turbulens model, hvor de tidslige skalaer opløses med en transient simuleringstilgang.
 

Eksperimentiel vindtunnel setup til måling af drag og downforce på en bil til verificering af CFD simulering
Numerisk vindtunnel setup til simulering af drag og lift på biler

Simuleringsresultater

Sammenlignes den eksperimentelle data med CFD simuleringens estimat af modstandskoefficienten af bilen opnås en afvigelse på blot 2.3% efter 24 timers simuleringstid. Modstandskoefficienten er et udtryk for den normaliserede modstand som bilen udsættes for og bestemmes ved at normalisere den total modstand med luftens densitet, bilens hastighed kvadreret og tværsnitsareal. Værdien af modstandskoefficienten monitoreres gennem hele simuleringen, men kun de sidste 1.7 fysiske sekunder, hvor løsningen er konvergeret, ligger til grund for den tidsmidlede værdi. 

Transient modstandskoefficient for computational fluid dynamics CFD simulering af bil

Den estimerede modstand er i god overensstemmelse med benchmark dataen, hvilket fungerer som et valideringsgrundlag for den opstillede model. Den validerede CFD model kan efterfølgende anvendes til at opnå en bedre forståelse for strømningen over bilen, bl.a. ved at kigge nærmere på trykfordelingen på og omkring bilen. Figurerne nedenfor viser tidsmidlede statiske tryk- og hastighedsfordelinger på henholdsvis bilens overflade og et vertikalt plan gennem fluid domænets geometriske centrum.

Statisk tryk fra CFD simulering af bil
Hastighedsfelt fra CFD simulering af bil

Den validerede transiente DDES model og DrivAer bilen med MRF model af hjulene gør det muligt for Aerotak™ at tilbyde vores kunder bilsimuleringer med henblik på design optimering, strømningskarakterisering og forståelse, samt bestemmelse af KPI’er såsom modstand, løft, downforce osv. for en hvilken som helst bilgeometri.

Reference

Heft, A.I, T. Indinger, and N.A. Adams 2012 “Introduction of a New Realistic Car Model for Aerodynamic Investigations”. Technische Universität München, SAE International.