Bir araç modelinin aerodinamik analizi ve sonlu elemanlar yöntemi ile simülasyonu

Abstract

Otomotiv endüstrisinin ana konulardan bir tanesi, sayısal yöntemlerle sürükleme katsayısını azaltmak için taşıt tasarımı aerodinamiğinin iyileştirilmesi olmuştur. Bu çalışmada, SOLIDWORKS 'te tasarlanan Ferrari F1 yarış aracı üzerinde ANSYS CFX yazılımı (k-epsilon modeli) kullanılarak üç-boyutlu SAD (Sayısal Akışkanlar Dinamiği) hava akış simülasyonu uygulandı. "CFX-mesh" te ağ yapısı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak oluşturuldu. "CFX-pre" de sınır şartları olarak serbest akış hızı (130 km/h) ve hava akış özellikleri belirlendi. Hesaplama esnasında sürükleme ve kaldırma kuvvetleri gözlemlendi. Kuvvet değerlerinin yakınsama davranışı ortalama bir seviyeye eriştiği zaman, "CFX-solver" durduruldu. Kaldırma ve sürükleme katsayıları gibi aerodinamik karakteristikler "CFX-post" kullanılarak hesaplandı. Aracın yüzeyinde ve çevresindeki hız ve basınç dağılımları akış çizgileri, vektörler ve eş büyüklük eğrileri şeklinde grafik olarak gösterildi. Taşıt için çok daha sık ağ yapısı ve daha yüksek "iterasyon" sayıları elde etmek istenirse ve karmaşık eğrili yüzeylerin çözünürlüğüne bağlı olarak daha gerçekçi geometriler kullanılırsa, daha yüksek kapasiteli bilgisayara ihtiyaç vardır. Aksi takdirde simülasyondaki hesaplamalar uzun zaman alır. Sonuç olarak önerilir ki, analiz hesap sonuçları ile rüzgar tüneli deneysel verileri arasında kıyaslama yapılması, bu arabanın optimum tasarımı için faydalı olacaktır.

The improvement of the aerodynamics of car designs for reduction of drag coefficients with numerical methods has become one of the main topics of the automotive industry. In this study, three-dimensional CFD (Computational Fluids Dynamic) simulation of airflow using ANSYS CFX software (k-ε model) was performed on a Ferrari F1 racing car designed in SOLIDWORKS. Mesh generation was produced by using finite element method in CFX-mesh. Free stream velocity (130 km/h) and air properties were determined in CFX-pre as boundary conditions. Lift and drag forces monitored during calculation. When the convergent behavior of the force values in an average manner was achieved, CFX-solver was stopped. The aerodynamic characteristics such as lift and drag coefficients were calculated by using CFX-post. Velocity and pressure distributions on the surface and around of the car were presented as graphically with streamlines, vectors and contours. If more fine mesh generation for vehicle and higher iteration numbers are desired to obtain and the realistic geometries due to the resolution of the complex curved surfaces are used, there is needed higher computational requirements. Otherwise, the calculations in simulations take more time. Finally, it is suggested that when the some comparisons are made between computational results and wind tunnel experimental values, it will be useful for the optimum design of this car.