Riassunto analitico
Lo scopo di questa tesi è analizzare diverse geometrie dei wheel deflector e studiare il loro impatto sulla resistenza totale del veicolo.
È stato effettuato uno studio dettagliato considerando una ruota isolata ferma e una isolata in rotazione con una determinata velocità angolare. In entrambi i casi, si è svolta un’attenta analisi del flusso attorno alla ruota, calcolando i coefficienti aerodinamici: coefficiente di resistenza Cd, coefficiente di portanza Cl e il coefficiente di pressione Cp. Questa analisi ha permesso di validare i risultati derivanti dalle simulazioni fluidodinamiche confrontandoli con quelli presenti in letteratura. Successivamente è stato svolto un attento confronto tra ruota ferma e ruota in rotazione.
Si è dimostrato che la stessa ruota messa in rotazione presenta delle differenze notevoli rispetto a quando è ferma.
Di seguito, è stato effettuato uno studio aerodinamico del modello di riferimento per valutare quantitativamente l’impatto delle diverse geometrie dei wheel deflector. Si tratta del modello DrivAer svillupato dall’Università di Monaco.
Le ruote sono sottoposte ad una velocità angolare e il pavimento del dominio computazionale è in movimento con velocità pari a quella del flusso indisturbato. Queste condizioni si devono necessariamente applicare per rappresentare meglio la realtà e avere una corretta rappresentazione del flusso attorno al veicolo. Gli obiettivi principali sono:
• calcolare il coefficiente di resistenza del veicolo;
• plottare il coefficiente di pressione nella parte superiore e inferiore del veicolo (considerando la sezione di mezzeria);
• plottare il coefficiente di pressione sulla superficie degli pneumatici considerando la sezione di mezzeria.
Il coefficiente di resistenza ricavato dalla simulazione fluidodinamica è stato confrontato con quello sperimentale e quello derivante da una simulazione URANS presenti in letteratura. È stato calcolato un errore relativo tra il coefficiente di resistenza, ricavato dalla simulazione, e quello sperimentale del 1% circa.
Successivamente, si sono introdotte diverse geometrie di due wheel deflector posizionati davanti alle ruote anteriori del veicolo. Anche in questo caso, si sono plottate le stesse curve descritte precedentemente e sono state confrontate con il modello di riferimento (vettura senza wheel deflector). In base alla geometria usata si sono ottenuti risultati diversi in termini di distribuzione del coefficiente di pressione e del coefficiente di resistenza. L’aspetto comune a tutte le configurazioni studiate è la riduzione del coefficiente di resistenza del veicolo. Infatti, grazie all’introduzione di questi wheel deflector si ottiene una riduzione del coefficiente di resistenza del 2-5 % circa. L’effetto principale dei wheel deflector è di ridurre la regione ad alta pressione presente nella parte frontale degli pneumatici vicino al suolo. I risultati migliori si sono ottenuti con geometrie tridimensionali con le quali si registra una diminuzione del coefficiente di resistenza del veicolo del 4-5 % circa.
Infine, si sono studiate le stesse configurazioni introdotte precedentemente con la differenza che sono stati aggiunti due ulteriori wheel deflector davanti alle ruote posteriori del veicolo. Per cercare di ridurre maggiormente la zona ad alta pressione pressione presente nella parte anteriore degli pneumatici, si sono traslati più indietro i due wheel deflector posteriori. In questo modo si osserva, in quasi tutti i casi, un miglioramento delle prestazioni: il coefficiente di resistenza del veicolo decresce rispetto alle configurazioni precedentemente studiate.
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Abstract
The purpose of this thesis is to analyse different geometries of wheel deflectors and to study their impact on the total resistance of the vehicle. A detailed study was carried out considering a stationary insulated wheel and a rotating insulated wheel with a certain angular speed. In both cases, a careful analysis of the flow around the wheel was carried out, calculating the aerodynamic coefficients: coefficient of resistance Cd, coefficient of lift Cl and the coefficient of pressure Cp. This analysis allowed to validate the results of fluid dynamics simulations by comparing them with those in the literature. Subsequently, a careful comparison was made between the stationary wheel and the rotating wheel. It has been shown that the same rotated wheel has considerable differences compared to when it is stationary.
The following is an aerodynamic study of the reference model to quantitatively assess the impact of different wheel deflector geometries. It is the Drivaer model developed by the University of Munich.
The wheels are subjected to an angular velocity and the floor of the computational domain is moving with velocity equal to that one of undisturbed flow. These conditions must necessarily be applied to better represent reality and have a correct representation of the flow around the vehicle. The main objectives are:
• calculate the coefficient of resistance of the vehicle;
• plotting the pressure coefficient at the top and bottom of the vehicle (considering the centre section);
• plotting the pressure coefficient on the tyre surface considering the centreline section.
The coefficient of resistance obtained from fluid dynamics simulation has been compared with the experimental one and the one deriving from a URANS simulation present in the literature. A relative error has been calculated between the resistance coefficient, derived from the simulation, and the experimental one of about 1%.
Subsequently, several geometries of two wheel deflectors positioned in front of the front wheels of the vehicle were introduced. Again, the same curves as described above were plotted and compared with the reference model (car without wheel deflectors). Based on the geometry used, different results were obtained in terms of the distribution of the pressure coefficient and the resistance coefficient. The common aspect to all of the configurations studied is the reduction of the coefficient of resistance of the vehicle. In fact, thanks to the introduction of these wheel deflectors, the coefficient of resistance is reduced by about 2-5 %. The main effect of wheel deflectors is to reduce the high-pressure region placed in the front of the tyres near the ground. The best results were obtained with three-dimensional geometries with which the coefficient of resistance of the vehicle decreased by about 4-5 %.
Finally, the same configurations introduced earlier were studied but adding two wheel deflectors in front of the rear wheels of the vehicle.
In order to reduce the high-pressure area at the front of the tires, the two rear deflector wheels moved further back. In this way, in almost all cases, an improvement in performance is observed: the drag coefficient of the vehicle decreases compared to the configurations previously studied.
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