| Popis: |
External aerodynamics plays an important role in improving road vehicles efficiency. In the field of computational fluid dynamics (CFD), relatively basic and often inaccurate turbulence models are typically used in the industry. In this work, the Partially-Averaged-Navier-Stokes (PANS) method is used to show its applicability for industrial purposes. An air flow past two distinct geometrical models has been simulated using AVL FIRE and results have been compared with available measurements. The results show that the accuracy is vastly improved in comparison with conventional turbulence models. In modern external aerodynamics applications, the PANS model has the potential to be more widely used. Nova zakonodaja in zahteve po zmanjševanju ogljikovega odtisa imajo velik vpliv na smer razvoja avtomobilske industrije. Avtomobilski proizvajalci so prisiljeni iskati rešitve, ki bodo ustrezale aktualnim zahtevam po zmanjšanju vplivov na okolje. Pri tem se poslužujejo različnih pristopov in metod: od izdelave prototipov, eksperimentalnih merjenj in drugih. Ena izmed takšnih naprednih metod so simulacije računalniške dinamike tekočin (RDT). V industriji se za namene le-teh večinoma uporabljajo dobro uveljavljeni dvoenačbni turbulentni modeli. Redkeje se posega po bolj naprednih in natančnejših, saj simulacijski čas in s tem povezani stroški hitro narastejo. V tej nalogi je predstavljena ena izmed takšnih naprednih metod - PANS. Gre za hibriden model, ki v odvisnosti od karakteristik toka tekočine in prostorske diskretizacije, zvezno variira med statistično povprečnim turbulentnim modelom ali RANS (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) in direktnimi numeričnimi simulacijami (DNS). Objavljene so številne publikacije, v katerih je PANS model že bil uporabljen. Njegova uporaba je bila do sedaj na večinoma enostavnejših geometrijskih modelih. Cilj te magistrske naloge je pregledali že objavljene publikacije in preveriti, ustreznost PANS metode za računanje aerodinamike vozil v naravni velikosti. V tem delu je bila izvedena aerodinamična analiza dveh reprezentativnih modelov. Prvi model je poenostavljena oblika povprečnega vozila, ki je pogosto predmet različnih primerjav med konkurenčnimi programski paketi za računanje dinamike tekočin. Drugi model je vozilo Volvo XC 60 v naravni velikosti. Obe simulaciji sta bili izračunani v programskem paketu AVL FIRE, v katerem je tudi implementiran omenjeni PANS model. Numerična rešitev parcialnih enačb temelji na metodi končnih volumnov (MKV), kjer so vrednosti vseh fizikalnih veličin izračunane v centru celic. Za izračun konvekcijskih členov ja na izbiro več diskretizacijskih shem. Za izračun gradientov je bila uporabljena Gaussova metoda. Izračunani rezultati so bili primerjani z meritvami, ki so na voljo. V obeh primerih je šlo za primerjavo med koeficientom upora, vzgona in koeficientom med statičnim ter lokalnim tlakom. Prav tako je bila narejena primerjava rezultatov med statistično povprečnim turbulentnim modelom RANS (k--f) in PANS. V primeru poenostavljenega modela avtomobila so razlike med rezultati obeh turbulentnih modelov minimalne. Glede na enostavno obliko modela se že RANS (k--f) izkaže kot dober model. Izpostaviti velja predvsem zelo dobro ujemanje koeficienta statičnega in lokalnega tlaka ali CP (pressure coefficient) z meritvami. Vzdolž več presekov po modelu se oba modela dobro izkažeta. Pri koeficientu upora je razlika med simulacijo in meritvami bolj opazna. Oba turbulentna modela izračunata zelo podoben rezultat. Koeficient vzgona je mnogo natančneje izračunan s PANS metodo in je celo znotraj intervala napake merjenja. V primeru vozila Volvo XC60 so razlike med obema modeloma precej bolj očitne. Večja kompleksnost toka zraka je posledica zahtevne geometrije, ki vključuje vse relevantne podrobnosti. Glede na to dejstvo ni presenetljivo relativno veliko odstopanje med obema turbulentnima modeloma. Vsi koeficienti so v primeru PANS-a bistveno boljše izračunani kot pri RANS-u (k--f) in so bližje referenčnim vrednostim. Bistvena razlika je predvsem tik za vozilom, kjer pride PANS najbolj do izraza. Turbulentne strukture so v tem področju direktno integrirane in niso modelirane kot pri RANS-u. Posledica tega je povsem drugačno nastajanje vrtincev za vozilom. V časovno odvisni simulaciji PANS so jasno vidni in izraziti, medtem kot jih pri RANS-u sploh ni. Pomembna razlika, ki ima velik vpliv na koeficient upora, je opazna predvsem na vzvratnih površinah avtomobila. Na tem mestu je vrednost koeficienta med statičnim in lokalnim tlakom, kot tudi porazdelitev, bistveno različna pri obeh turbulentnih modelih. To ima odločilen vpliv na koeficient upora, ki je za PANS bistveno bolj |
