1 Geometria 3D del modello della F131 evo e generazione
delle griglie
1.1 Geometria della F131 evo
Il modello tridimensionale del veicolo, gentilmente fornitoci dalla Ferrari Auto S.P.A, è stato generato con il software Rhinoceros.
E’ stata nostra cura completare la connessione delle superfici con il software Catia V5 in modo tale che il modello risultasse composto da una unica superficie chiusa.
A questo punto sono state aggiunte le ruote, gli specchietti e l’aletta anteriore tutti elementi contenuti in file distinti dal corpo vettura.
Il modello a nostra disposizione è stato generato e riadattato con le prese (dinamiche) di ingresso e uscita del condotto di raffreddamento chiuse, perché era nostro interesse lo studio solamente dal punto di vista delle forze esterne all’abitacolo.
Figura 1 Modello 3D importato in Gambit
Il file della geometria del dominio è stato salvato in formato iges,ed è stato successivamente importato nel software “meshatore” Gambit (Fig. 1).
1.2 Geometria del dominio di calcolo e realizzazione della griglia
Una volta importato il file contenente il modello in Gambit, si è presentata la necessità, da anteporre alla generazione della mesh, di “pulire” le superfici della geometria 3D in modo tale che il numero di superfici presenti non fosse troppo elevato e che le superfici stesse fossero ben definite.
Successivamente si è passati alla definizione del dominio di calcolo che è stato pensato come suddiviso in 4 “box” a forma di parallelepipedi, in modo tale da poter modulare l’infittimento degli elementi di mesh a seconda della zona considerata.
Preso come sistema di riferimento la terna di assi con origine sul suolo, sull’asse
congiungente le ruote anteriori e sul piano di simmetria longitudinale, si definisce il box 1 con estensioni -45m<x<90m , -9m<y<9m e 0<z<12m.
Il dominio totale è quindi racchiuso nel box 1; da qui sono stati quindi creati gli altri tre sottodomini, tutti contenuti in quello di partenza (Fig. 2).
Figura 2 Suddivisione del dominio di calcolo
Gli altri sottodomini osservano le seguenti condizioni: -box 2 : -13,5m<x<27m; -2,6m<y<2,6m; 0<z<4,8m
-box s (contente la scia): 3,8m<x<5,6m; -1,25m<y<1,25m; 0<z<1,3m
Sono stati poi aggiunti due volumi contenenti gli specchietti e la loro scia e un piano longitudinale a dividere in modo simmetrico il modello e il dominio.
Figura 3 Sottodomini della vettura e della scia
Il modello dell’auto è stato poi suddiviso in macrosuperfici rappresentanti gli elementi fondamentali costituenti la carrozzeria per poter valutare il contributo apportato da ognuna di queste ai coefficienti dimensionali delle forze aerodinamiche (Figure 4, 5, 6 e 7).
Tutte queste superfici sono state poi denominate in modo appropriato affinchè potessero essere facilmente individuabili nel modello.
Figura 4 : Suddivisione in superfici-vista frontale
Figura 6 : Suddivisione in superfici-vista da dietro
Per la realizzazione della prima griglia fissiamo come obiettivo il raggiungimento di circa 2,5 milioni di elementi di mesh; tale limite è il giusto compromesso tra una buona discretizzazione del campo aerodinamico e i limiti riguardanti la capacità hardware di gestione e calcolo delle macchine a nostra disposizione.
Nella creazione della mesh superficiale siamo stati attenti ad adattare la spaziatura delle celle alla dimensione dei vari particolari geometrici, affinché la qualità degli elementi della griglia rimanesse a buoni livelli, cioè mantenendo il coefficiente di skewness 2D (valore di distorsione della cella elementare compreso tra 0 e 1) entro valori
contenuti.E’ infatti importante mantenere la media di tale valore se possibile al di sotto di 0.4 come buona premessa per l’ottenimento di una mesh volumica di alta qualità. Creata la mesh di superficie su metà modello e sulle superfici definenti i sottodomini, mesh ottenuta scegliendo la tipologia Pavè ad elementi triangolari, abbiamo trasferito il nostro file sul software TGrid per poter così procedere ad una estensione della griglia al semidominio in questione.
Figura 9 : Particolare mesh paraurti anteriore
Il fatto di aver assegnato delle dimensioni variabili per gli elementi di mesh superficiali ci ha permesso di avere come risultato una mesh di volume che passa da zone nelle quali è più fitta (nell’intorno del veicolo), ad altre nelle quali lo è sempre di meno (allontanandosi dal modello) in maniera graduale.
Anche la qualità della mesh tridimensionale viene valutata con il coefficiente di skewness 3D (tra 0 e 1) che fornisce il valore di distorsione dell’elemento tetraedrico elementare (Figura 11).
Misura della qualità Valore minimo 1,09E-07
Valore massimo 0,9999806
Valore medio 0,3535641
Figura 11 Valore massimo e medio della skewness 3D
A fronte di un valore massimo di skewness molto elevato si nota un valore medio dello stesso coefficiente accettabile. Questo avviene perché le celle con valore del
coefficiente di skewness elevato sono poche e quindi influenzano in minima parte la buona qualità delle altre.
In Figura 12 possiamo apprezzare l’istogramma della qualità della mesh 3D avente sull’asse x i valori della skewness e sull’asse y il numero di celle del dominio aventi tali valori.
Figura 12 Istogramma della qualità della mesh 3D nel dominio di calcolo
La nostra campagna di prove prevederà sia simulazioni con metà modello (Figura 13) sia simulazioni con il modello intero, quindi,dopo aver creato la mesh nel semidominio sinistro a partire dalla metà sinistra del modello, procederemo in Gambit a generare la griglia anche per la parte destra eseguendo un “mirror” della griglia appena creata, in modo da aver una certa omogeneità di strutture di mesh.
Figura 13 : Dominio di calcolo per metà modello
1.3 Creazione della nuova griglia per infittimento
Terminate le simulazioni con la griglia da 2,5 milioni di elementi, abbiamo avuto la necessità di avere a disposizione una griglia più fitta intorno al modello intero per effettuare le nuove prove.
Tra le tante possibilità operative a nostra disposizione abbiamo optato per un infittimento automatico (adapt) della griglia tramite il software Fluent 6.2.
Sono state quindi infittite le zone attorno al modello dove maggiore era la necessità di una discretizzazione più fine, tutte le zone in cui era possibile una separazione del flusso, quindi subito a valle degli specchietti, in prossimità delle fiancate posteriori, della base e nel box di scia, sul fondo posteriore e sul lunotto posteriore (Figura 14).
Figura 14 Infittimento della griglia
Figura 15 Particolare diffusore posteriore con mesh più fitta
Questa operazione ha portato l’ottenimento di una nuova griglia di 3,5 milioni circa di elementi di mesh che verrà utilizzata per la ripetizione delle prove eseguite sul modello intero con la griglia originale.
