Μελέτη ροής γύρω απο οχήματα διαφορετικών αεροδυναμικών γεωμετριών

Abstract

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετάται υπολογιστικά με το εμπορικό πακέτο υπολογιστικής ρευστομηχανικής (Computer Fluid Dynamics – CFD) η μελέτη ροής γύρω από οχήματα διαφορετικών αεροδυναμικών γεωμετριών. Συγκεκριμένα διερευνάται η ροή αέρα γύρω από τρία οχήματα διαφορετικής αεροδυναμικής σχεδίασης. Τη σημερινή εποχή οι αυτοκινητοβιομηχανίες προσπαθούν να παράγουν οχήματα που θα συνδυάζουν την όμορφη εξωτερική εμφάνιση με την οικονομία καυσίμου. Η αεροδυναμική είναι ο κλάδος που ασχολείται με τη μείωση ή τον έλεγχο των μεγεθών που επηρεάζουν την αντίσταση που δέχεται ένα όχημα. Στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται αεροσήραγγες για μοντέλα διαφορών κλιμάκων. Χρησιμοποιείται το πακέτο Ansys Fuent για τη διεξαγωγή των προσομοιώσεων καθώς από βιβλιογραφική έρευνα βρέθηκε πλήθος εργασιών και βιβλιογραφικού υλικού που θα ήταν ιδιαιτέρως χρήσιμο στο σχεδιασμό και στην επίλυση του προβλήματος. Πολλές από αυτές τις εργασίες χρησιμοποιήθηκαν ως μέτρο σύγκρισης των δικών μας αποτελεσμάτων για επιβεβαίωση. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται συνοπτικά οι βασικές αρχές της ροής γύρω από ένα αντικείμενο. Γίνονται γνωστά μεγέθη όπως η οπισθέλκουσα (drag), η άνωση (lift) , το απόρρευμα ροής (wake), η τυρβώδης ροή καθώς επίσης και οι βασικοί στόχοι της αεροδυναμικής σχεδίασης. Επίσης γίνεται εισαγωγή και συνοπτική περιγραφή των μοντέλων τύρβης που χρησιμοποιούνται από το Fluent για επίλυση τέτοιων προβλημάτων. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το βασικό θεωρητικό-μαθηματικό υπόβαθρο που πρέπει να γνωρίσει ένας CFD χρήστης καθώς επίσης και η μεθοδολογία ανάλυσης προβλημάτων που χρησιμοποιεί ένας κώδικας CFD. Γίνεται αναφορά στη μεθοδολογία πεπερασμένων όγκων και στη συνέχεια παρουσιάζονται οι γεωμετρίες που θα διερευνηθούν καθώς επίσης και τα βήματα που ορίζουν το πρόβλημα από την κατασκευή της γεωμετρίας, στη διακριτοποίηση σε μορφή πλέγματος και τέλος στις οριακές συνθήκες στο πρόγραμμα Fluent. Στα τελευταία τρία κεφάλαια παρουσιάζονται ξεχωριστά η κάθε μία γεωμετρία. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται συναρτήσει των μεταβλητών της στατικής πίεσης, της κατανομής ταχύτητας και των ροϊκών γραμμών. Στα συμπεράσματα προτείνεται για μελλοντική χρήση το βέλτιστο μοντέλο που προκύπτει από τις συγκρίσεις και που η δική μας εμπειρία εκτιμά ότι είναι το καλύτερο τόσο σε επίπεδο λύσης όσο και σε υπολογιστικό κόστος. Στο τέλος υπάρχει λίστα με τις βιβλιογραφικές παραπομπές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία.