Riassunto analitico
Questa tesi di laurea magistrale tratta il risultato dell'attività di tirocinio presso DISMI-UNIMORE, dipartimento di scienze e metodi dell'ingegneria. L'obiettivo di questo lavoro è l'indagine numerica attraverso l'analisi CFD di un flusso lubrificante multifase in una trasmissione relativa ad un assale anteriore utilizzata in veicoli ad alte prestazioni. L'analisi, avendo come obiettivo principale l'implementazione, lo sviluppo e la verifica di un approccio CFD completamente tridimensionale e multifase del sistema in esame, è condotta attraverso un software specifico per la fluidodinamica simulazioni, denominato STAR-CCM+. Il modello numerico viene utilizzato per prevedere la distribuzione dell'olio presente nel dominio fluido dell'assale quando ad esso viene applicata una forza, dovuta alle accelerazioni del veicolo. Per avere un'analisi veritiera, la geometria del dominio fluido è stata leggermente semplificata affinché il caso fosse più stabile e affidabile. L'approccio selezionato per modellare il flusso multifase che caratterizza il componente è il “MMP-LSI multifase”. Una volta impostata correttamente la fisica del problema, la sfida è l'impostazione delle field functions e di tutti i parametri necessari per avere una corretta analisi del fenomeno. Definendo il livello dell'olio nel dominio del fluido dell'assale anteriore, la portata dei principali sistemi idraulici presenti all'interno della trasmissione, la velocità del fluido attraverso la pompa e imponendo questi valori come condizioni al contorno fondamentali, la simulazione è pronta. Una volta ottenuti i risultati della simulazione, l'obiettivo principale della post-processing è l'analisi dei valori di portata ottenuti dai report e l'analisi del movimento dell'olio analizzando le scene create in precedenza. Dallo studio di questi risultati, l'obiettivo è il tentativo di capire quali modifiche possono essere apportate alla geometria della trasmissione dell'asse anteriore per migliorare la lubrificazione contro le forze g dovute alle accelerazioni. In particolare, la sfida è cercare di ritardare il più possibile l'aspirazione dell'aria da parte della pompa al fine di evitare problemi di cavitazione e di presenza di aria nel circuito idraulico. Infine, al fine di migliorare il modello della trasmissione, è stata fatta anche un'analisi geometrica volta ad ottenere il volume minimo di olio necessario per evitare l'aspirazione di aria oppure il periodo di tempo prima che la pompa inizi a non aspirare più solamente olio. Tutto questo studio è stato fatto sfruttando le funzioni CAD di STAR-CCM+.
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Abstract
The purpose of this master’s thesis paper is the result of the internship activity performed at DISMI-UNIMORE, dipartimento di scienze e metodi dell’ingegneria. The objective of this work is the numerical investigation through CFD analysis of multiphase lubricating flow in a front axle transmission used in high performance vehicles.
The analysis, having as its main objective the implementation, development and verification of a fully three-dimensional and multiphase CFD approach of the system under consideration, is conducted through a specific software for fluid dynamics simulations, called STAR-CCM+.
The numerical model is used in order to predict the distribution of the oil present in the fluid domain of the axle when a force, due to the accelerations of the vehicle, is applied to the fluid. In order to have a truthful analysis, the geometry of the fluid domain has been slightly simplified to have a more stable and reliable analysis. The approach selected in order to model the multiphase flow that characterizes the component is the “multiphase MMP-LSI”.
Once the physic of the problem has been set correctly, the challenge is the setting of the field functions and of all the parameters that are necessary in order to have a correct analysis of the phenomenon. Setting the level of oil in the front axle fluid domain, the flow rate of the main hydraulic systems present inside the transmission, the velocity of the fluid through the pump and imposing them to the fundamental boundary parameters, the mode is ready for the simulation.
Once the simulation results has been get, the main focus of the post processing is the analysis of the flow rate values given by the reports and of the volume fraction of oil scenes created before. From the study of these results, the target is the attempt to understand which changes can be done in the front axle transmission geometry in order to improve the lubrication against the g-forces due to the accelerations. In particular, the challenge is try to delay as much as possible the air suction by the pump, in order toavoid problem of cavitation and of presence of air in the hydraulic circuit.
Finally, in order to improve the model of the transmission, has been done also a geometrical analysis aimed at obtaining the minimum volume of oil needed to avoid air suction or the period of time that there is, before the reaching of it. All this study has been done taking advantage of the STAR-CCM+ CAD functions.
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