Thesis Presentation : Simulation of Aerodynamic Effects in Vehicle Windshield, Using CFD

1. Εξομοίωση Αεροδυναμικών Φαινομένων
με τη Χρήση Προγραμμάτων
Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής στο
Εμπρόσθιο Τμήμα Οχήματος
Παραφέστας Νικόλαος
Τμήμα Οχημάτων
Εργαστήριο Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής

2. Σκοπός της Αεροδυναμικής
Ψύξη
•Κινητήρας
•Μετάδοση
•Φρένα
πΕ ίδόσεις
•Οικονομία
•Καυσαέρια
•Τελική Ταχύτητα
•Επιτάχυνση
Άνεση
•Αερισμός
Καμπίνας
•Κλιματισμός
•Θόρυβος Αέρα
Σταθερότητ
α
•Κατά τη
διέυθυνση
•Σε πλευρικό
Άνεμο
Ορατότητα
•Ακαθαρσίες
•Νερό
•Υαλοκαθαριστήρες

3. Εξέλιξη της Αεροδυναμικής
Οχημάτων

4. Εξέλιξη της Αεροδυναμικής
Οχημάτων

5. Τρόποι Μελέτης και Ανάπτυξης της
Αεροδυναμικής
• Με απευθείας μετρήσεις στο όχημα
• Με τη χρήση αεροσήραγγας
• Τα CFD

6. Απευθείας Μετρήσεις στο Όχημα
Πλεονεκτήματα:
Οι μετρήσεις γίνονται σε πραγματικές
συνθήκες
Μειονεκτήματα:
Δαπανηρές
Δύσκολη στην εφαρμογή μέθοδος

7. Αεροσήραγγα
Πλεονεκτήματα:
Το όχημα παραμένει σταθερό
Εύκολη δυνατότητα προσομοίωσης
διαφορετικών συνθηκών
Μπορούμε να μελετήσουμε οχήματα και σε
μικρότερη κλίμακα
Μειονεκτήματα:
Ακριβή Κατασκευή
Δεν υπάρχει δυνατότητα μετακίνησης

8. CFD – Υπολογιστική
Ρευστομηχανική
Πλεονεκτήματα:
 Οικονομικό, δεν απαιτείται μοντέλο ή κάποια άλλη
κατασκευή, η μελέτη γίνεται εξ ολοκλήρου στον Η/Υ
 Υπάρχει δυνατότητα προσομοίωσης διαφορετικών
συνθηκών (Με το πάτημα ενός πλήκτρου, μπορούμε να
αλλάξουμε την ταχύτητα του ανέμου, ή του οχήματος)
 Μπορούμε να δουλέψουμε τα προγράμματα σε
οποιοδήποτε περιβάλλον
Μειονεκτήματα:
 Απαιτεί εξειδικευμένο Προσωπικό

9. Παρουσίαση του μοντέλου μας
• AUDI 100 III 1978
• Αεροδυναμικά Χαρακτηριστικά:
• CD=0,30
• A=2,05m2

10. Βήματα επίλυσης με χρήση
προγραμμάτων Υπολογιστικής
Ρευστομηχανικής
1. Pre-processing. Δημιουργία Πλέγματος
2. Solver. Επίλυση Εξισώσεων
3. Post-processing. Γραφική Απεικόνιση
Αποτελεσμάτων

11. Pre-processing. Δημιουργία
Πλέγματος
• Σκοπός του πλέγματος είναι να βοηθήσει
το πρόγραμμα επίλυσης στην εφαρμογή
των εξισώσεων σε όσο το δυνατόν
περισσότερα σημεία της ροής
• Χαρακτηριστικό πλέγμα
Πλέγμα για την μελέτη ενός
κυλίνδρου σε τομή
Χαρακτηριστικά φαίνεται:
Δομημένο πλέγμα στο υλικό του
κυλίνδρου
Μη δομημένο πλέγμα στο
εσωτερικό του όγκου του

12. Solver. Επίλυση Εξισώσεων
• Το πρόγραμμα που
λύνει τις εξισώσεις σε
κάθε σημείο της ροής
• Οι εξισώσεις είναι πιο
σύνθετες εκφράσεις,
τριών βασικών αρχών
της φυσικής
Εξίσωση Συνέχειας
Απλή έκφραση: Αρχή διατήρησης της μάζας
Έκφραση CFD: ( ) 0=⋅∇+
∂
∂
V
t
ρ
ρ
Θεώρημα Ορμής
Απλή έκφραση: F=m.a(Δεύτερος νόμος Νεύτωνα)
Έκφραση CFD: (στον άξονα x)( ) ( ) x
zxyxxx
f
zyxx
p
uV
t
u
ρ
τττ
ρ
ρ
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
−=⋅∇+
∂
∂
Εξίσωση Ενέργειας
Απλή έκφραση: Αρχή διατήρησης της ενέργειας
Έκφραση CFD: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
y
v
x
v
z
u
y
u
x
u
z
wp
y
vp
x
up
z
T
k
zy
T
k
yx
T
k
x
q
V
e
Dt
D
yyxyzxyxxx
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
−
∂
∂
−
∂
∂
−






∂
∂
∂
∂
+





∂
∂
∂
∂
+





∂
∂
∂
∂
+=





+
τττττ
ρρ 
2
2
( ) ( ) ( ) ( ) Vf
z
w
y
w
x
w
z
v zzyzxzzy
⋅+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+ ρ
ττττ

13. Post-processing. Γραφική
Απεικόνιση Αποτελεσμάτων
• Πρόγραμμα που απεικονίζει γραφικά τα
αποτελέσματα του solver
• Κάθε χρώμα αντιστοιχεί σε ένα εύρος
μεταβολής της παραμέτρου (ταχύτητα,
πίεση κ.α.)
• Παράδειγμα απεικόνισης
Κατανομή πίεσης στο εμπρόσθιο
τμήμα οχήματος
Κατανομή ταχύτητας ανέμου στο
εμπρόσθιο τμήμα οχήματος

14. 25o
Σύγκριση μεταβολής της ταχύτητας και της πίεσης σε
σχέση με την κλίση του οχήματος

15. 30o
Σύγκριση μεταβολής της ταχύτητας και της πίεσης σε
σχέση με την κλίση του οχήματος

16. 35o
Σύγκριση μεταβολής της ταχύτητας και της πίεσης σε
σχέση με την κλίση του οχήματος

17. 40o
Σύγκριση μεταβολής της ταχύτητας και της πίεσης σε
σχέση με την κλίση του οχήματος

18. 45o
Σύγκριση μεταβολής της ταχύτητας και της πίεσης σε
σχέση με την κλίση του οχήματος

19. 50o
Σύγκριση μεταβολής της ταχύτητας και της πίεσης σε
σχέση με την κλίση του οχήματος

20. Διαγράμματα
Κλίση - Ταχύτητα max
45
50
55
60
25 30 35 40 45 50
Κλίση (ο)
Ταχύτηταmax(m/sec)

21. Διαγράμματα

22. Διαγράμματα

23. Ευχαριστώ για το χρόνο σας