III
Indice
CAPITOLO 1: Introduzione ... 2
1.1 Lavoro svolto e sue finalità ... 3
1.2 L’autovettura: Ferrari F430 ... 6
1.3 Il modello per le prove in galleria del vento ... 11
1.4 La galleria del vento Ferrari ... 12
CAPITOLO 2: Stato dell’arte ... 15
2.1 Il modello CAD ... 16
2.1.1 Modello della macchina ... 16
2.1.2 Modello della galleria ... 17
2.2 Griglia di superficie ... 19
2.2.1 Griglia sulla macchina ... 19
2.2.2 Griglia sulla galleria ... 21
2.3 Modello in galleria: assetto di riferimento ... 23
2.4 Simulazioni numeriche ... 25
2.4.1 Simulazione con Ansys-Fluent® ... 25
2.4.2 Simulazione con StarCCM+® ... 29
2.5 Risultati ... 33
2.5.1 Definizione dei coefficienti aerodinamici ... 33
2.5.2 Analisi dei risultati delle simulazioni numeriche ... 37
2.5.3 Correlazione con le prove in galleria del vento ... 43
CAPITOLO 3: Analisi di sensibilità ... 45
3.1 Considerazioni preliminari ... 46
3.2 Analisi in Ansys-Fluent® ... 47
3.2.1 Procedura operativa ... 47
3.2.2 Generazione delle griglie di volume ... 48
3.2.3 Risultati dell’analisi di sensibilità ... 51
3.3 Analisi in StarCCM+® ... 54
3.3.1 Procedura operativa ... 54
3.3.2 Generazione delle griglie di volume ... 55
3.3.3 Risultati dell’analisi di sensibilità per le griglie tetraedriche ... 58
IV
3.3.4 Risultati dell’analisi di sensibilità per le griglie poliedriche ... 61
3.4 Risultati ... 65
3.4.1 Analisi dei risultati delle simulazioni numeriche ... 65
3.4.2 Correlazione con le prove in galleria del vento ... 74
CAPITOLO 4: Analisi alla variazione dell’assetto ... 76
4.1 Prove in galleria del vento ... 77
4.1.1 Definizione degli assetti ... 77
4.1.2 Analisi dei risultati ... 78
4.2 Simulazioni numeriche ... 82
4.2.1 Scelta della griglia di volume ... 82
4.2.2 Problematiche ... 83
4.2.3 Procedura operativa ... 86
4.2.4 Analisi dei risultati ... 90
4.3 Correlazione con le prove in galleria del vento ... 100
Conclusioni e sviluppi futuri ... 104
Ringraziamenti ... 106
Bibliografia ... 107
V
Indice delle Figure
Figura 1.1: Utilizzo delle metodologie di valutazione dei carichi durante le fasi di progetto ... 3
Figura 1.2: Ferrari F430 ... 6
Figura 1.3: Collocazione del profilo alare sull’avantreno della vettura ... 7
Figura 1.4: Estrattore della F430 ... 7
Figura 1.5: Presa d’aria motore e presa d’aria di raffreddamento vano motore ... 8
Figura 1.6: Particolari del condotto di raffreddamento del radiatore ... 8
Figura 1.7: Galleria del vento Ferrari a Maranello (Mo) ... 12
Figura 1.8: Schema e dimensioni del condotto principale della galleria del vento Ferrari .... 13
Figura 1.9: Schema della camera di prova della galleria del vento Ferrari ... 13
Figura 1.10: Vettura in camera di prova ... 14
Figura 2.1: Parti del modello CAD della vettura ... 16
Figura 2.2: Modello CAD della vettura “pulito” ... 17
Figura 2.3: Modello CAD della galleria del vento Ferrari ... 18
Figura 2.4: Griglia di superficie sulla macchina ... 20
Figura 2.5: Suddivisione della galleria del vento in 5 camere ... 21
Figura 2.6: Mesh di superficie della galleria del vento ... 22
Figura 2.7: Mesh del modello per le simulazioni numeriche ... 23
Figura 2.8: PID assegnati al modello ... 24
Figura 2.9: Scelta del modello risolutivo in ambiente Ansys-Fluent® ... 26
Figura 2.10: Sistema di riferimento e carichi sulla vettura ... 34
Figura 2.11: Piani di riferimento lungo x per le viste in sezione dei risultati delle simulazioni numeriche ... 35
Figura 2.12: Piani di riferimento lungo y per le viste in sezione dei risultati delle simulazioni numeriche ... 36
Figura 2.13: Piani di riferimento lungo z per le viste in sezione dei risultati delle simulazioni numeriche ... 36
Figura 2.14: Coefficiente di pressione sulla vettura in Ansys-Fluent® ... 37
Figura 2.15: Coefficiente di pressione sulla vettura in StarCCM+® (griglia tetraedrica) ... 38
Figura 2.16: Campo di velocità sul piano longitudinale y=-0.1 in Ansys-Fluent® ... 39
Figura 2.17: Campo di velocità sul piano longitudinale y=-0.1 in StarCCM+® (griglia tetraedrica) ... 39
VI Figura 2.18: Griglie tetraedriche generate con le impostazioni di default in TGrid® (sx) ed in
StarCCM+® (dx) ... 40
Figura 2.19: Campo di velocità sul piano di scia x=-8.7 in Ansys-Fluent® (sx) e StarCCM+® (dx) ... 40
Figura 2.20: Campo di velocità sul piano di simmetria longitudinale in StarCCM+® (griglia poliedrica) ... 41
Figura 2.21: Griglia poliedrica generate con le impostazioni di in StarCCM+® (dx) ... 41
Figura 2.22 Campo di velocità sul piano di scia x=-8.7 in StarCCM+® (griglia poliedrica) . 42 Figura 2.23: Campo di velocità sul piano trasversale x=-7.9 in Ansys-Fluent® (sx) e StarCCM+® (dx) ... 42
Figura 2.24: Campo di velocità sul piano trasversale x=-8.5 in Ansys-Fluent® (sx) e StarCCM+® (dx) ... 43
Figura 3.1: Regione fluida del radiatore e celle interne ... 47
Figura 3.2: Suddivisione del dominio in sottodomini in T-grid® ... 48
Figura 3.3: Parametri di generazione e raffinamento della griglia di volume in T-grid® ... 48
Figura 3.4: Variazione della skewness media nelle mesh generate da T-grid® ... 50
Figura 3.5: Variazione del numero di celle nelle mesh generate da T-grid® ... 50
Figura 3.6: Variazione dei coefficienti di resistenza totale e sul corpo macchina in Ansys- Fluent® ... 52
Figura 3.7: Variazione del coefficiente di portanza totale e sua ripartizione in Ansys-Fluent® ... 52
Figura 3.8 Variazione del bilanciamento (normalizzato) e dell’efficienza in Ansys-Fluent® 52 Figura 3.9: Griglie tetraedriche con “growth rate” 1.6 (sx) e 1.1 (dx) per le simulazioni in Ansys-Fluent® ... 53
Figura 3.10: Parametri di generazione e raffinamento della griglia di volume in StarCCM+® ... 54
Figura 3.11: Variazione del numero di celle nelle mesh tetraedriche generate da StarCCM+® ... 56
Figura 3.12: Variazione del “Minimum Volume Change” nelle mesh tetraedriche generate da StarCCM+® ... 57
Figura 3.13: Variazione del “Minimum Volume Change” nelle mesh poliedriche generate da StarCCM+® ... 58
VII Figura 3.14: Variazione dei coefficienti di resistenza totale e sul corpo macchina delle
simulazioni con griglia tetraedrica in StarCCM+® ... 59
Figura 3.15: Variazione del coefficiente di portanza totale e sua ripartizione nelle simulazioni con griglia tetraedrica in StarCCM+® ... 59
Figura 3.16: Variazione del bilanciamento (normalizzato) e dell’efficienza nelle simulazioni con griglia tetraedrica in StarCCM+® ... 60
Figura 3.17: Griglie tetraedriche di riferimento (sx) e con “cell density” 2.5 (dx) per le simulazioni in StarCCM+® ... 61
Figura 3.18: Variazione dei coefficienti di resistenza totale e sul corpo macchina delle simulazioni con griglia poliedrica in StarCCM+® ... 62
Figura 3.19: Variazione del coefficiente di portanza totale e sua ripartizione nelle simulazioni con griglia poliedrica in StarCCM+® ... 62
Figura 3.20: Variazione del bilanciamento (normalizzato) e dell’efficienza nelle simulazioni con griglia poliedrica in StarCCM+® ... 63
Figura 3.21: Griglie poliedriche di riferimento (sx) e con “cell density” 2.75 (dx) per le simulazioni in StarCCM+® ... 64
Figura 3.22: Coefficiente di pressione sulla vettura in Ansys-Fluent® ... 67
Figura 3.23: Coefficiente di pressione sulla vettura in StarCCM+® (griglia tetraedrica) ... 68
Figura 3.24: Coefficiente di pressione sulla vettura in StarCCM+® (griglia poliedrica) ... 69
Figura 3.25: Campo di velocità sul piano y=-0.10 in Ansys-Fluent® (in alto) ed in StarCCM+® (griglia tetraedrica al centro, e griglia poliedrica in basso) ... 70
Figura 3.26: Campo di velocità sul piano z=-0.78 in Ansys-Fluent® (in alto) ed in StarCCM+® (griglia tetraedrica al centro, e griglia poliedrica in basso) ... 71
Figura 3.27: Campo di velocità sul piano x=-7.9 in Ansys-Fluent® (in alto) ed in StarCCM+® (griglia tetraedrica al centro, e griglia poliedrica in basso) ... 72
Figura 3.28: Griglie tetraedriche con infittimento massimo in Ansys-Fluent® (sx) ed in StarCCM+® (dx) ... 73
Figura 3.29: Griglia poliedrica con infittimento massimo in StarCCM+® ... 73
Figura 4.1: Matrice degli assetti ... 77
Figura 4.2: Variazione del coefficiente di portanza totale nelle prove sperimentali ... 78
Figura 4.3: Variazione del coefficiente di portanza sull’asse anteriore nelle prove sperimentali ... 79
VIII Figura 4.4: Variazione del coefficiente di portanza sull’asse posteriore nelle prove
sperimentali ... 79
Figura 4.5: Variazione del coefficiente di resistenza totale nelle prove sperimentali ... 80
Figura 4.6: Variazione del coefficiente di resistenza sul corpo macchina nelle prove sperimentali ... 81
Figura 4.7: Rotazione del piano di simmetria rispetto alla superficie della vettura ... 84
Figura 4.8: Rotazione del piano di simmetria rispetto alle superfici della galleria del vento . 84 Figura 4.9: Spostamento della ruota anteriore dalla posizione errata (a sinistra) a quella corretta (a destra) ... 85
Figura 4.10: Suddivisione in sottodomini per la preparazione delle simulazioni al variare dell’assetto ... 86
Figura 4.11: Geometria della vettura in galleria e griglia di superficie in assenza del piano di simmetria ... 87
Figura 4.12: Rotazione delle superfici di galleria del vento ,sting e ruote ... 88
Figura 4.13: Griglia di superficie minima generata di default in StarCCM+® ... 88
Figura 4.14: Griglia di superficie infittita utilizzando i parametri desiderati ... 89
Figura 4.15: Variazione del coefficiente di portanza totale nelle analisi CFD ... 90
Figura 4.16: Variazione del coefficiente di portanza sull’asse anteriore nelle analisi CFD .... 91
Figura 4.17: Variazione del coefficiente di portanza sull’asse posteriore nelle analisi CFD .. 91
Figura 4.18: Campo di pressione sul fondo della vettura per l’assetto di riferimento (al centro) e per gli assetti numero tre (in alto) e dieci (in basso) ... 94
Figura 4.19: Campo di velocità sul fondo della vettura per l’assetto di riferimento (al centro) e per gli assetti numero tre (in alto) e dieci (in basso) ... 95
Figura 4.20: Variazione del coefficiente di resistenza totale nelle analisi CFD ... 96
Figura 4.21: Variazione del coefficiente di resistenza sul corpo macchina nelle analisi CFD 96 Figura 4.22: : Campo di velocità in una sezione della scia della vettura per l’assetto di riferimento (al centro) e per gli assetti numero tre (in alto) e dieci (in basso) ... 99
Figura 4.23: Correlazione della variazione del coefficiente di portanza totale al variare dell’assetto tra le analisi numeriche e le prove sperimentali ... 100
Figura 4.24: Correlazione della variazione del coefficiente di portanza sull’anteriore al variare dell’assetto tra le analisi numeriche e le prove sperimentali ... 101
Figura 4.25: Correlazione della variazione del coefficiente di portanza sul posteriore al variare dell’assetto tra le analisi numeriche e le prove sperimentali ... 101
IX Figura 4.26 Correlazione della variazione del coefficiente di resistenza totale al variare dell’assetto tra le analisi numeriche e le prove sperimentali ... 102 Figura 4.27: Correlazione della variazione del coefficiente di resistenza sul corpo macchina al variare dell’assetto tra le analisi numeriche e le prove sperimentali ... 103
X
Indice delle Tabelle
Tabella 1.1: Dimensioni e peso della F430 ... 9
Tabella 1.2: Prestazioni della F430 ... 9
Tabella 1.3: Caratteristiche tecniche del motore della F430 ... 10
Tabella 1.4: Dimensioni del modello per le prove in galleria ... 11
Tabella 1.5: Dimensioni della camera di prova della galleria del vento Ferrari ... 12
Tabella 2.1: Caratteristiche principali della griglia di superficie sulla macchina ... 20
Tabella 2.2: Caratteristiche della mesh superficiale della galleria ... 21
Tabella 2.3: Assetto di riferimento della vettura ... 23
Tabella 2.4: Caratteristiche della griglia di volume generata con TGrid® ... 25
Tabella 2.5: Caratteristiche generali della griglia di volume generate con Tgrid® ... 25
Tabella 2.6: Condizioni al contorno sulle pareti della galleria del vento in Ansys-Fluent® ... 27
Tabella 2.7: Condizioni al contorno sulla superficie della macchina in Ansys-Fluent® ... 28
Tabella 2.8: Caratteristiche della griglia di volume tetraedrica generata con StarCCM+® ... 29
Tabella 2.9: Caratteristiche della griglia di volume poliedrica generata con StarCCM+® .... 29
Tabella 2.10: Condizioni al contorno sulle pareti della galleria del vento in StarCCM+® .... 31
Tabella 2.11: Condizioni al contorno sulla superficie della macchina in StarCCM+® ... 32
Tabella 2.12: Grandezze di riferimento ... 35
Tabella 2.13: Correlazione dei dati delle simulazioni numeriche con i dati delle prove in galleria (in punti) ... 43
Tabella 3.1: Proprietà delle mesh di volume generate con T-grid® ... 49
Tabella 3.2: Risultati dell’analisi di sensibilità in Ansys-Fluent® (in punti) ... 51
Tabella 3.3: Proprietà delle mesh di volume tetraedriche generate con StarCCM+® ... 56
Tabella 3.4 Proprietà delle mesh di volume poliedriche generate con StarCCM+® ... 57
Tabella 3.5: Risultati dell’analisi di sensibilità delle simulazioni con griglia tetraedrica in StarCCM+® (in punti) ... 58
Tabella 3.6: Risultati dell’analisi di sensibilità delle simulazioni con griglia poliedrica in StarCCM+® (in punti) ... 61
Tabella 3.7: Correlazione dei dati delle simulazioni numeriche con i dati delle prove in galleria (in punti) ... 74
XI Tabella 4.1: Definizione degli assetti ... 77 Tabella 4.2: Parametri di generazione delle griglie di volume ... 82 Tabella 4.3: Split delle variazioni del coefficiente di portanza rispetto al valore calcolato nell’assetto di riferimento (in punti) ... 92 Tabella 4.4: Split delle variazioni del coefficiente di resistenza rispetto al valore calcolato nell’assetto di riferimento (in punti) ... 97
