INDICE CAPITOLO 1: PREMESSE ...................................................................................................... 1 1.1

III

III

INDICE

CAPITOLO 1: PREMESSE ... 1

1.1

L

AVORO SVOLTO E SUE FINALITÀ

... 3

1.2

L’

AUTOVETTURA

:

FERRARI

F430 ... 6

1.3

I

L MODELLO PER LE PROVE IN GALLERIA DEL VENTO

“

FREE AIR

” ... 11

1.4

L

A GALLERIA DEL VENTO

F

ERRARI ... 13

CAPITOLO 2: LE SIMULAZIONI ED I MODELLI USATI

... 16

2.1

I

L MODELLO

CAD ... 17

2.1.1 Il modello dell’autovettura “di galleria” ... 17

2.1.2 Il modello della galleria ... 19

2.1.3 Il modello della vettura “in Free Air” ... 19

2.1.4 Il modello del box “free air” ... 21

2.2

L

E GRIGLIE DI SUPERFICIE SUI MODELLI

... 23

2.2.1 La griglia sul modello della vettura ... 23

2.2.2 La griglia sulla galleria e sul box “free air” ... 26

2.2.3 Modello in galleria e nel box: assetto di riferimento ... 28

CAPITOLO 3: LE SIMULAZIONI NUMERICHE DELL’AUTO NELL’ASSETTO DI

RIFERIMENTO

... 31

3.1

S

TAR

CCM+® ... 32

3.1.1 La griglia di volume ... 32

3.1.2 Il modello fisico e le condizioni al contorno ... 34

3.2

I

RISULTATI

... 40

3.2.1 I coefficienti aerodinamici ... 40

3.2.2 Correlazione tra i risultati e con i dati di galleria ... 45

3.3

G

LI

“

EFFETTI DI GALLERIA

” ... 54

3.3.1 Il problema dei supporti ... 54

3.3.2 Gli effetti di interferenza di parete ... 59

CAPITOLO 4: LE SIMULAZIONI NUMERICHE DELL’AUTO AL VARIARE

DELL’ASSETTO

... 70

IV

4.1.1 Definizione degli assetti in galleria del vento ... 71

4.1.2 La variazione dell’assetto in Star-CCM+® ... 72

4.2

I

RISULTATI DELLE SIMULAZIONI

... 78

4.2.1 Premesse ... 78

4.2.2 Risultati del caso “free air” ... 79

4.2.3 L’effetto delle ruote sul carico verticale... 90

4.3

C

ORRELAZIONE CON LA

CFD

DI GALLERIA

... 92

CAPITOLO 5: LE SIMULAZIONI NUMERICHE DELL’AUTO IN SCALA 1:1

... 101

5.1

P

REPARAZIONE DELLA GEOMETRIA

... 102

5.2

I

RISULTATI

... 106

5.2.1 Premesse ... 106

5.2.2 La correlazione con la CFD “free air” in scala ... 107

5.2.3 La correlazione con i dati di pista ... 120

CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

... 125

RINGRAZIAMENTI

... 127

V

Indice delle Figure

FIGURA1.1:UTILIZZO DELLE METODOLOGIE DI PROGETTO ... 4

FIGURA1.2:FERRARI F430... 6

FIGURA1.3:COLLOCAZIONE DEL PROFILO ALARE SULL’AVANTRENO DELLA VETTURA ... 7

FIGURA1.4:ESTRATTORE DELLA F430 ... 8

FIGURA1.5:PRESA D’ARIA MOTORE E PRESA D’ARIA DI RAFFREDDAMENTO VANO MOTORE ... 8

FIGURA1.6:PARTICOLARI DEL CONDOTTO DI RAFFREDDAMENTO DEL RADIATORE ... 9

FIGURA1.7:GALLERIA DEL VENTO FERRARI A MARANELLO (MO) ... 13

FIGURA1.8:SCHEMA E DIMENSIONI DEL CONDOTTO PRINCIPALE DELLA GALLERIA DEL VENTO FERRARI ... 14

FIGURA1.9:SCHEMA DELLA CAMERA DI PROVA DELLA GALLERIA DEL VENTO FERRARI... 15

FIGURA1.10:VETTURA POSIZIONATA IN CAMERA DI PROVA ... 15

FIGURA2.1:ALCUNE PARTI DEL MODELLO CAD DELLA VETTURA ... 17

FIGURA2.2:MODELLO CAD DELLA VETTURA “PULITO” ... 18

FIGURA2.3:MODELLO CAD DELLA GALLERIA DEL VENTO FERRARI ... 19

FIGURA2.4:LA VETTURA IN GALLERIA ... 20

FIGURA2.5:LA VETTURA “FREE AIR” ... 21

FIGURA2.6:IL BOX FREE AIR ... 21

FIGURA2.7:GRIGLIA DI SUPERFICIE SULL’AUTO ... 25

FIGURA2.8:SUDDIVISIONE DELLA GALLERIA DEL VENTO IN 5 CAMERE ... 26

FIGURA2.9:MESH DI SUPERFICIE DELLA GALLERIA DEL VENTO ... 27

FIGURA2.10:MESH SUL BOX “FREE AIR” ... 28

FIGURA2.11:MESH DEL MODELLO IN ASSETTO DI RIFERIMENTO IN GALLERIA ... 29

FIGURA2.12:IPID ASSEGNATI AL MODELLO DELLA VETTURA ... 30

FIGURA3.1:PARAMETRI GRIGLIA DI VOLUME ... 33

FIGURA3.2:IMPOSTAZIONE DEL MODELLO FISICO ... 35

FIGURA3.3:REGION ESTERNO ... 36

FIGURA3.4:REGION POSTERIORE ... 36

FIGURA3.5:REGION RADIATORE E ROTANTI RUOTA ANTERIORE E POSTERIORE ... 37

FIGURA3.6:SISTEMA DI RIFERIMENTO E CARICHI SULLA VETTURA ... 41

FIGURA 3.7: PIANI DI RIFERIMENTO LUNGO X PER LE VISTE IN SEZIONE DEI RISULTATI DELLE SIMULAZIONI NUMERICHE ... 43

FIGURA 3.8: PIANO DI RIFERIMENTO LUNGO Y PER LE VISTE IN SEZIONE DEI RISULTATI DELLE SIMULAZIONI NUMERICHE ... 43

FIGURA 3.9: PIANI DI RIFERIMENTO LUNGO Z PER LE VISTE IN SEZIONE DEI RISULTATI DELLE SIMULAZIONI NUMERICHE ... 44

FIGURA3.10:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SUL FRONTALE DELLA VETTURA NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR”(IN ALTO) E IN QUELLA DI GALLERIA (IN BASSO)... 47

VI

FIGURA3.11:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SUL BASE DELLA VETTURA NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR”(IN ALTO) E IN QUELLA DI GALLERIA (IN BASSO) ... 47

FIGURA3.12:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SUL FONDO VETTURA NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR”(IN ALTO) E IN

QUELLA DI GALLERIA (IN BASSO) ... 48

FIGURA3.13:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SULLA PARTE SUPERIORE DELLA VETTURA NELLA SIMULAZIONE “FREE

AIR”(IN ALTO) E IN QUELLA DI GALLERIA (IN BASSO) ... 49 FIGURA3.14:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO Z=-0.78 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR”(IN ALTO) E IN QUELLA DI

GALLERIA (IN BASSO) ... 49 FIGURA3.15:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO Y=-0.1 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR”(IN ALTO) E IN QUELLA DI

GALLERIA (IN BASSO) ... 51

FIGURA3.16:PARTICOLARE DEL CAMPO DI VELOCITÀ SULLA SEZIONE X=-8.5 NELLA SIMULAZIONE IN GALLERIA (A

SX) E NELLA SIMULAZIONE IN “FREE AIR”(A DX) ... 52 FIGURA3.17:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SUL PIANO LONGITUDINALE Y=-0.1 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR”(IN

ALTO) E IN QUELLA DI GALLERIA (IN BASSO)... 56

FIGURA3.18:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO LONGITUDINALE Y=-0.1 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR”(IN ALTO)

E IN QUELLA DI GALLERIA (IN BASSO) ... 57 FIGURA3.19:UNIONE DEI DUE CAMPI DI VELOCITÀ SUL PIANO Z =-0.78 NELLA SIMULAZIONE “DI GALLERIA”(IN

ALTO) E IN QUELLA “FREE AIR”(IN BASSO) ... 58 FIGURA3.20:LINEE DI CORRENTE IN “FREE AIR”(CASO A) E CONFINATE FRA DUE PARETI RIGIDE (CASO B) ... 60

FIGURA 3.21: GRAFICO DELLA DISTRIBUZIONE DELLA VELOCITÀ E DELLA PRESSIONE LUNGO L’ASSE DELLA

GALLERIA DOVUTA ALL’EFFETTO DEL BLOCCAGGIO SOLIDO ... 61

FIGURA 3.22: GRAFICO DELLA DISTRIBUZIONE DELLA VELOCITÀ E DELLA PRESSIONE LUNGO L’ASSE DELLA

GALLERIA DOVUTA ALL’EFFETTO DEL BLOCCAGGIO DI SCIA ... 62

FIGURA 3.23: GRAFICO DELLA DISTRIBUZIONE DELLA VELOCITÀ E DELLA PRESSIONE LUNGO L’ASSE DELLA

GALLERIA DOVUTA ALL’EFFETTO DELLA SOVRAPPOSIZIONE DEL BLOCCAGGIO DI SCIA E DI QUELLO

SOLIDO ... 62

FIGURA3.24:CAMPO DI VELOCITÀ SULLA SEZIONE X=-7.9 NELLA SIMULAZIONE IN GALLERIA (A SX) E NELLA

SIMULAZIONE IN “FREE AIR”(A DX) ... 65

FIGURA3.25:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SULLA SEZIONE X=-7.9 NELLA SIMULAZIONE IN GALLERIA (IN BASSO) E

NELLA SIMULAZIONE IN “FREE AIR”(IN ALTO) ... 66

FIGURA3.26:CAMPO DI VELOCITÀ SULLA SEZIONE Z=-0.39 NELLA SIMULAZIONE IN GALLERIA (IN BASSO) E NELLA

SIMULAZIONE IN “FREE AIR”(IN ALTO) ... 67

FIGURA3.27:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SULLA SEZIONE Z=-0.39 NELLA SIMULAZIONE IN GALLERIA (IN BASSO)

E NELLA SIMULAZIONE IN “FREE AIR”(IN ALTO) ... 68

FIGURA3.28:CAMPO DI VELOCITÀ SULLA SEZIONE X=-8.7 NELLA SIMULAZIONE IN GALLERIA (A SX) E NELLA

SIMULAZIONE IN “FREE AIR”(A DX) ... 69

FIGURA3.29:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SULLA SEZIONE X=-8.7 NELLA SIMULAZIONE IN GALLERIA (A SX) E

NELLA SIMULAZIONE IN “FREE AIR”(A DX) ... 69

VII

FIGURA4.2:SPOSTAMENTO DELLA RUOTA ANTERIORE ... 74

FIGURA4.3:SUDDIVISIONE PRELIMINARE DEL DOMINIO NECESSARIA PER LE SIMULAZIONI CON ASSETTO VARIATO

... 75

FIGURA4.4:GEOMETRIA DI BASE PER LA VARIAZIONE DELL’ASSETTO E GRIGLIA DI SUPERFICIE IN ASSENZA DEL

PIANO DI SIMMETRIA ... 75 FIGURA4.5:ROTAZIONE DELLE SUPERFICI DEL BOX E DELLE RUOTE ... 76 FIGURA4.6:GRIGLIA DI SUPERFICIE DI DEFAULT GENERATA IN STAR-CCM+® ... 77

FIGURA4.7:PARTICOLARE DELLA GRIGLIA DI SUPERFICIE INTORNO ALLA VETTURA AL TERMINE DEL PROCESSO DI

INFITTIMENTO ... 77 FIGURA4.8:RIORGANIZZAZIONE DEL DOMINIO FLUIDO ... 77

FIGURA4.9:VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA TOTALE RISPETTO AL RIFERIMENTO NELLA CFD“FREE

AIR” ... 80 FIGURA4.10:VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA SULL’ASSE ANTERIORE NELLA CFD“FREE AIR” ... 81 FIGURA4.11:VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA SULL’ASSE POSTERIORE NELLA CFD“FREE AIR” ... 82

FIGURA4.12: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) ... 84

FIGURA4.13: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) ... 85 FIGURA4.14:VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI RESISTENZA TOTALE NELLE ANALISI CFD ... 87

FIGURA4.15: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) ... 89

FIGURA 4.16: CORRELAZIONE DELLA VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA TOTALE AL VARIARE

DELL’ASSETTO TRA LE ANALISI NUMERICHE DI GALLERIA E QUELLE “FREE AIR” ... 97

FIGURA4.17:CORRELAZIONE DELLA VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA SULL’ANTERIORE AL VARIARE

DELL’ASSETTO TRA LE ANALISI NUMERICHE DI GALLERIA E QUELLE “FREE AIR” ... 97

FIGURA4.18:CORRELAZIONE DELLA VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA SUL POSTERIORE AL VARIARE

DELL’ASSETTO TRA LE ANALISI NUMERICHE DI GALLERIA E QUELLE “FREE AIR” ... 98

FIGURA4.19:CORRELAZIONE DELLA VARIAZIONE DEL COEFFICIENTE DI RESISTENZA SUL POSTERIORE AL VARIARE

DELL’ASSETTO TRA LE ANALISI NUMERICHE DI GALLERIA E QUELLE “FREE AIR” ... 99

FIGURA5.1:SCALATURA DEL DOMINIO... 103 FIGURA5.2:PRESA D’ARIA MOTORE DELLA VETTURA IN SCALA 1:1 ... 104

FIGURA5.3:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SUL FONDO VETTURA NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN

ALTO) E IN QUELLA IN SCALA 1:3(IN BASSO) ... 110 FIGURA5.4:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO Z=-2.34 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN ALTO) E

SUL PIANO Z =-0.78 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:3(IN BASSO) ... 111

FIGURA5.5: COEFFICIENTE DI PRESSIONE SULLA FIANCATA NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN

ALTO) E IN QUELLA IN SCALA 1:3(IN BASSO) ... 112 FIGURA5.6:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO X =-25.5 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN ALTO) E

VIII

FIGURA5.7:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO Y =-0.3 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN ALTO) E SUL PIANO Y=-0.1 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:3(IN BASSO) ... 113 FIGURA5.8:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO X =-26.1 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN ALTO) E

SUL PIANO X =-8.7 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:3(IN BASSO) ... 113

FIGURA5.9: DISTRIBUZIONE DI PRESSIONE SULLA RUOTA ANTERIORE DELLA VETTURA IN SCALA 1:1 (A SX) E

DELLA VETTURA IN SCALA 1:3(A DX) ... 116

FIGURA5.10:DISTRIBUZIONE DI PRESSIONE SULLA RUOTA POSTERIORE DELLA VETTURA IN SCALA 1:1(A SX) E

DELLA VETTURA IN SCALA 1:3(A DX) ... 117 FIGURA5.11:COEFFICIENTE DI PRESSIONE SUL FONDO VETTURA NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN

ALTO) E IN QUELLA IN SCALA 1:3(IN BASSO) RELATIVAMENTE ALL’ASSETTO 4 ... 118 FIGURA5.12:CAMPO DI VELOCITÀ SUL PIANO Z =-2.34 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:1(IN ALTO) E

SUL PIANO Z = -0.78 NELLA SIMULAZIONE “FREE AIR” IN SCALA 1:3(IN BASSO) RELATIVAMENTE ALL’ASSETTO 4 ... 119

IX

Indice delle Tabelle

TABELLA 1.1:DIMENSIONI E PESO DELLA F430 ... 10

TABELLA 1.2:PRESTAZIONI DELLA F430 ... 10

TABELLA 1.3:CARATTERISTICHE TECNICHE DEL MOTORE DELLA F430 ... 10

TABELLA 1.4:DIMENSIONI DEL MODELLO DI GALLERIA ... 11

TABELLA 1.5:DIMENSIONI DELLA CAMERA DI PROVA DELLA GALLERIA DEL VENTO FERRARI ... 13

TABELLA 2.1:DIMENSIONI BOX “FREE AIR” ... 22

TABELLA 2.2:CARATTERISTICHE DELLA MESH DI SUPERFICIE ... 24

TABELLA 2.3:CARATTERISTICHE GRIGLIA DI GALLERIA ... 26

TABELLA 2.4:ASSETTO DI RIFERIMENTO DELLA VETTURA ... 28

TABELLA 3.1:CARATTERISTICHE GRIGLIA DI VOLUME ... 32

TABELLA 3.2:CARATTERISTICA DELLA GRIGLIA DI VOLUME POLIEDRICA GENERATA CON STARCCM+ ... 34

TABELLA 3.3:CONDIZIONI AL CONTORNO SUL BOX FREE AIR ... 38

TABELLA 3.4:CONDIZIONI AL CONTORNO SUL MODELLO DELLA VETTURA ... 39

TABELLA 3.5:GRANDEZZE DI RIFERIMENTO ... 42

TABELLA 3.6:DIFFERENZE TRA I COEFFICIENTI CFD DI GALLERIA E “FREE AIR” PER LA VETTURA IN ASSETTO DI RIFERIMENTO ... 45

TABELLA 3.7:VARIAZIONI IN PUNTI DEI COEFFICIENTI DI RESISTENZA E PORTANZA E SPLIT SUI VARI COMPONENTI ... 46

TABELLA 4.1:ASSETTI VETTURA ... 71

TABELLA 4.2:MATRICE DEGLI ASSETTI ... 72

TABELLA 4.3: SPLIT DELLE VARIAZIONI DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA RISPETTO AL VALORE CALCOLATO NELL’ASSETTO DI RIFERIMENTO (IN PUNTI) ... 83

TABELLA 4.4: SPLIT DELLE VARIAZIONI DEL COEFFICIENTE DI RESISTENZA RISPETTO AL VALORE CALCOLATO NELL’ASSETTO DI RIFERIMENTO (IN PUNTI) ... 88

TABELLA 4.5:CONTRIBUTO AL CZ DELLE RUOTE ... 90

TABELLA 4.6:DIFFERENZE TRA I COEFFICIENTI CFD DI GALLERIA E “FREE AIR” DELLA VETTURA NEI VARI ASSETTI ... 92

TABELLA 4.7:VARIAZIONI IN PUNTI DEI COEFFICIENTI DI PORTANZA E SPLIT SUI VARI COMPONENTI ... 94

TABELLA 4.8:VARIAZIONI IN PUNTI DEI COEFFICIENTI DI RESISTENZA E SPLIT SUI VARI COMPONENTI ... 95

TABELLA 5.1:ASSETTI CONSIDERATI PER LA VETTURA IN SCALA 1:1 ... 102

TABELLA 5.2:DIMENSIONI DEL MODELLO “FREE AIR” UTILIZZATO PER LE PROVE IN VERA GRANDEZZA ... 102

X

TABELLA 5.4:SPLIT DELLE VARIAZIONI IN PUNTI DEL COEFFICIENTE DI RESISTENZA SUI VARI COMPONENTI ... 108 TABELLA 5.5:SPLIT DELLE VARIAZIONI IN PUNTI DEL COEFFICIENTE DI PORTANZA SUI VARI COMPONENTI ... 109 TABELLA 5.6:CORRELAZIONE TRA COEFFICIENTI DI RESISTENZA ... 122