UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA FACOLTÀ DI INGEGNERIA
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE
TESI DI LAUREA SPECIALISTICA
Ottimizzazione dell’efficienza aerodinamica di una vettura tramite interventi di scavo sul fondo
Relatori:
Prof. Ing. Giovanni Lombardi Ing. Nuri David
Candidato:
Emanuele Domenico Carmelo Grasso
ANNO ACCADEMICO 2009-2010
Alla mia Famiglia
Scopo del presente lavoro, svolto in collaborazione con Ferrari S.p.A., è quello di massimizzare la deportanza di una vettura commerciale ad elevate prestazioni mantenendo la resistenza all’avanzamento entro prefissati limiti. A partire da una configurazione di “fondo piatto” è stata effettuata un’opera di scavo nella zona anteriore del fondo vettura. Utilizzando una procedura automatica di Ottimizzazione Aerodinamica, resa possibile grazie all’ausilio del software modeFRONTIER® 4.0 della Esteco, è stato possibile modificare la geometria di tale intervento al fine di perseguire l’obiettivo prefissato.
INDICE DELLE FIGURE I
INDICE DELLE TABELLE IV
INTRODUZIONE V
1. GENERALITÀ 1
1.1. Importanza dell’Aerodinamica sul comportamento delle
autovetture 1
1.2. L’underbody di un’autovettura ad elevate prestazioni 4
2. DEFINIZIONE DEL MODELLO CAD 7
2.1. Zona e obiettivo d’intervento 7
2.2. Modello CAD dello scavo 11
2.2.1. Fase preliminare 11
2.2.2. Scelta e creazione del modello 12
3. GENERAZIONE DELLA MESH 21
3.1. Superfici della vettura 21
3.2. Creazione del dominio di calcolo 24
3.3. Creazione della mesh della vettura 28
3.4. Mesh del box d’ottimizzazione 32
3.5. Caratteristiche della Mesh 34
4. ANALISI CFD DELLA VETTURA 36
4.1. Impostazione CFD tramite Ansys-Fluent® 36
5. OTTIMIZZAZIONE CON MODEFRONTIER® 40
5.1. Verifica preliminare del modello CAD 40
5.2. Ottimizzazione Aerodinamica 46
5.2.1. Impostazione del Workflow 46
5.2.2. Scelta dell’algoritmo d’ottimizzazione 49
5.2.3. Impostazione del DOE 51
5.2.4. Settaggio dell’algoritmo d’ottimizzazione 53
6.2. Fase preliminare 58 6.3. Prima fase d’ottimizzazione: Ricerca del minimo 60 6.4. Seconda fase d’ottimizzazione: Ricerca dell’ottimo 62
6.5. Post Processing 64
6.5.1. Efficienza d’intervento 64
6.5.2. Matrice di correlazione 66
6.5.3. Superfici di risposta 70
6.6. Verifica dei risultati 73
CONCLUSIONI 78
BIBLIOGRAFIA 80
APPENDICE A : Relazioni geometriche per il controllo dei vincoli 82
I
Figura 1.1: Forze sulla vettura 1
Figura 1.2: Spazi di arresto in funzione del carico deportante 3 Figura 1.3: Raggio di percorrenza in funzione del carico deportante 3 Figura 1.4: Underbody di una vettura ad elevate prestazioni 5
Figura 1.5: Esempio di Underbody anteriore 5
Figura 1.6: Estrattore posteriore e schema di funzionamento 6
Figura 1.7: Esempio di tunnels diffusori 6
Figura 2.1: Viste principali della vettura 8
Figura 2.2: Viste CAD dell’underbody della vettura 8
Figura 2.3: Vista dall’alto e laterale della zona di intervento 9
Figura 2.4: Profondità massima di scavo 9
Figura 2.5: Vincolo col diffusore posteriore 10
Figura 2.6: Possibili configurazioni 11
Figura 2.7: Piano di lavoro e curve per lo scavo 12
Figura 2.8: Parametrizzazione delle curve dello scavo 13
Figura 2.9: Estrusione della curva 3 14
Figura 2.10: Proiezione delle curve 1 e 2 15
Figura 2.11: Taglio della superficie estrusa 15
Figura 2.12: Estrazione del bordo della superficie tagliata 16
Figura 2.13: Proiezione del bordo 16
Figura 2.14: Taglio del piano di lavoro 17
Figura 2.15: Superfici sconnesse 17
Figura 2.16: Linee di connessione 18
Figura 2.17: Superficie di connessione del fianco sinistro 18 Figura 2.18: Superficie di connessione del fianco destro 19 Figura 2.19: Taglio della superficie di connessione in eccesso 19
Figura 2.20: Vista dall’alto dello scavo 20
Figura 2.21: Vista dal basso dello scavo 20
Figura 3.1: Pulizia delle superfici 21
Figura 3.2: Cucitura degli strappi 22
Figura 3.3: Eliminazione di sovrapposizioni di superfici 22
Figura 3.4: Creazione di superfici mancanti 22
II Figura 3.7: Vista sul piano di simmetria del volume iniziale 25
Figura 3.8: Creazione del Box di Ottimizzazione 25
Figura 3.9: Volume del Box di ottimizzazione sottratto al volume iniziale 26 Figura 3.10 : Vista sul piano di simmetria del volume finale 26
Figura 3.11: Size-Function nel piano di simmetria 29
Figura 3.12: Size-Function nel piano sottostante la vettura 29 Figura 3.13: Box di infittimento della mesh di volume 30 Figura 3.14: Infittimento in prossimità del diffusore posteriore 30 Figura 3.15: Infittimento della mesh in prossimità della superficie della vettura 31 Figura 3.16: Condizioni al contorno del box inferiore 33 Figura 3.17: Mesh di volume del Box d’ottimizzazione 33
Figura 4.1: Quattro facce del Dominio di calcolo 39
Figura 4.2: Le due facce che completano il dominio di calcolo 39
Figura 5.1:Parametri del modello 41
Figura 5.2: Workflow per il controllo del box 42
Figura 5.3: Sovrapposizione dei parametri 42
Figura 5.4: Impostazione del D.O.E 44
Figura 5.5: Tabella delle configurazioni del Design Space 44
Figura 5.6: Ambiente Run Logs 45
Figura 5.7: Esempio di problema geometrico 45
Figura 5.8: Vincoli geometrici da rispettare 47
Figura 5.9: Flusso logico dell’Ottimizzazione Aerodinamica 48
Figura 5.10: Zoom della zona 2 del Workflow 48
Figura 5.11 Il comportamento di un algoritmo a gradiente 50 Figura 5.12 Il comportamento di un algoritmo genetico 50
Figura 5.13: Primo gruppo di configurazioni 52
Figura 5.14: Secondo gruppo di configurazioni 52
Figura 5.15: Intervallo massimo di scavo 52
Figura 5.16: Impostazioni dell’algoritmo d’ottimizzazione 55 Figura 6.1: Sistema di riferimento delle forze aerodinamiche 56 Figura 6.2: Convergenza del Coefficiente di portanza 59 Figura 6.3: Convergenza del Coefficiente di resistenza 59
Figura 6.4: Convergenza del Coefficiente di momento 59
III
Figura 6. 7: Efficienze d’intervento 65
Figura 6.8: Parametri geometrici 67
Figura 6.9: Matrice di correlazione 67
Figura 6.10: Configurazione con massimo valore di deportanza 68 Figura 6.11: Configurazione con maggiore Efficienza d’ intervento 68
Figura 6.12: Coefficiente di portanza 70
Figura 6.13: Coefficiente di resistenza 71
Figura 6.14: Parametri geometrici 72
Figura 6.15: Coefficiente di portanza e larghezza iniziale dello scavo 72 Figura 6.16: Coefficiente di portanza e larghezza intermedia dello scavo 72 Figura 6.17: Coefficiente di resistenza con larghezza iniziale di scavo 73 Figura 6.18: Coefficiente di resistenza con larghezza intermedia di scavo 73 Figura 6.19: Variazione in punti dei coefficienti aerodinamici 76 Figura 6.20: Variazione dei coefficienti aerodinamici nelle zone della vettura 76 Figura 6.21: Visualizzazione del coefficiente di pressione nel fondo vettura 77
Figura A.1: Vincolo sulla curva 2 82
Figura A.2: Linearizzazione della curva 2 82
Figura A.3: Linearizzazione della curva 2 84
Figura A.4: Vincolo sulla curva 3 86
Figura A.5: Linearizzazione della curva 3 86
IV
Tabella 3.1: Zone dell’auto 23
Tabella 3.2: Dimensioni del Box di calcolo 24
Tabella 3.3: Caratteristiche della mesh di superficie 35
Tabella 3.4: Caratteristiche della mesh di volume 35
Tabella 4.1: Condizioni al Contorno 38
Tabella 4.2: Valori di riferimento 39
Tabella 5.1 Intervalli di variazione dei parametri 41
Tabella 6.1: Intervalli e passi di variazione dei parametri 61 Tabella 6.2: Restringimento degli intervalli e infittimento del passo di
variazione dei parametri 62
Tabella 6.3: Caratteristiche delle configurazioni d’interesse 65
Tabella 6.4: Parametri geometrici in mm 69
Tabella 6.5: Caratteristiche della mesh con infittimento 20 mm 74 Tabella 6.6: Caratteristiche della mesh con infittimento 10 mm 74
V
Introduzione
Lo sviluppo del fondo vettura delle moderne automobili ad alte prestazioni rappresenta un aspetto dai consistenti margini di miglioramento in ambito aerodinamico. Molteplici lavori sono stati svolti nella parte posteriore del fondo vettura, introducendo estrattori di varia natura, al fine di massimizzare la deportanza mantenendo la resistenza entro valori tollerabili. Per quanto riguarda la parte anteriore del fondo, tradizionalmente è stato mantenuto quanto più “piatto” possibile in modo da regolarizzare il flusso d’aria e da non pregiudicare il corretto funzionamento del diffusore posteriore. Alcuni lavori effettuati presso il Laboratorio di Aerodinamica Applicata del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell’Università di Pisa, in collaborazione con Ferrari S.p.A., hanno dimostrato la possibilità d’intervento nella parte anteriore del fondo vettura. Tale intervento consiste in un’opera di scavo del fondo piatto in modo da non pregiudicare il corretto funzionamento del diffusore posteriore e, al contempo, massimizzare la deportanza mantenendo limitato il valore di resistenza all’avanzamento.
Nella fase iniziale del presente lavoro, utilizzando il software Catia® v5 R17, è stata definita la geometria dello scavo. Successivamente, per le operazioni di mesh e di calcolo CFD, sono stati utilizzati i software Ansys-Gambit® e Ansys-Fluent®.
Al fine di determinare la configurazione ottimale è necessaria l’analisi del comportamento aerodinamico della vettura con un numero elevato di configurazioni geometriche di scavo. Nella seconda parte del presente lavoro, utilizzando le potenzialità del software modeFRONTIER® 4.0 della Esteco, è stata messa a punto una procedura automatica d’ottimizzazione aerodinamica. Tale software, opportunamente impostato, ha la capacità di interfacciarsi con i software Catia® v5 R17, Ansys-Gambit® e Ansys-Fluent® in modo da modificare automaticamente la geometria dello scavo, valutarne il comportamento aerodinamico e ottimizzarlo, al fine di massimizzare la deportanza della vettura e limitare la resistenza entro prefissati valori.
1
1. GENERALITÀ
1.1. Importanza dell’Aerodinamica sul comportamento delle autovetture
In figura 1.1 è rappresentata un’auto ad alte prestazioni con un peso proprio W applicato al suo baricentro e le reazioni al suolo delle ruote anteriori e posteriori (rispettivamente Rta e Rtp). Ra e Rp rappresentano le forze d’attrito delle ruote in condizione di moto della vettura. Sulle auto, così come su un qualsiasi corpo dotato di moto relativo rispetto ad un flusso d’aria, si genererà una forza aerodinamica scomponibile in una forza in direzione del moto (resistenza, D) ed una forza in direzione ortogonale al moto (portanza o deportanza, rispettivamente, se diretta verso l’alto o il basso, FZ). Oltre a queste, si genererà un momento M. Con S è stata indicata la spinta necessaria per poter fare avanzare l’automobile.
Figura 1.1: Forze sulla vettura.
Facendo l’equilibrio delle forze in direzione verticale ed orizzontale si ha:
M
Ra W S Rtp Rp
Rta
Fz D
M
2 Con:
Da quest’ultime si vede come a basse velocità, in un ciclo urbano, l’aerodinamica non influenzi significativamente il comportamento dell’autovettura. Diversamente in un ciclo extraurbano e soprattutto per le auto ad elevate prestazioni, per le quali è possibile andare ad alte velocità, l’aerodinamica interviene con un fattore quadratico.
Fissando per esempio la potenza del motore P, la velocità massima della vettura sarà tanto maggiore quanto minore è la resistenza; si ha infatti:
Se da una parte avere minore resistenza all’avanzamento vuol dire anche avere minori consumi di combustibile, dall’altra avere un maggiore carico deportante (figura1.2) permette, fissata la velocità d’inizio frenata, di ridurre gli spazi d’arresto e anche, a pari velocità di marcia (figura 1.3), di diminuire il raggio di percorrenza di una curva.
Questi esempi permettono di sottolineare come, intervenendo sull’aerodinamica della vettura, sia possibile migliorarne sia le prestazioni che la sicurezza. Altri aspetti non secondari sono legati al ruolo dell’aerodinamica come strumento di raffreddamento di organi quali il motore o l’impianto frenante, lo sbrinamento dei cristalli, fenomeni d’acustica dovuti alla presenza di elementi che vibrano sotto l’azione di forze aerodinamiche e anche il comfort all’interno dell’abitacolo.
3
Figura 1.2: Spazi di arresto in funzione del carico deportante.
Figura 1.3: Raggio di percorrenza in funzione del carico deportante.
4
1.2. L’underbody di un’autovettura ad elevate prestazioni
Al fine di ottenere elevati carichi deportanti con bassi valori di resistenza ed al contempo evitare incompatibilità stilistiche, la zona maggiormente interessata a modifiche aerodinamiche può essere il fondo della vettura (underbody). Questo può essere diviso in tre zone. La prima, evidenziata con la lettera A di figura 1.4, si estende dal muso anteriore della vettura fino alla linea d’asse delle ruote anteriori. Questa zona può presentare delle appendici aerodinamiche utilizzate come alettoni (zona 1 dell’ingrandimento di figura 1.4) ed anche piccoli diffusori in vicinanza delle ruote anteriori (zone 2 dell’ingrandimento di figura 1.4). In figura 1.5 è riportato un esempio di underbody anteriore nel quale si può individuare uno scivolo centrale e due laterali a monte delle ruote anteriori atti a creare una piccola depressione e quindi un lieve incremento della deportanza.
Le modifiche sostanziali che vengono effettuate al fondo della vettura riguardano invece la parte terminale (zona C di figura 1.4). Questa infatti viene dotata di un estrattore il quale, grazie alla sua curvatura verso l’alto (figura 1.6), genera un’accelerazione del flusso adiacente provocando così una depressione e, conseguentemente, una forza deportante.
Questa forza ha in genere una componente contraria al moto la quale causa un aumento di resistenza. Un ulteriore contributo all’aumento di resistenza può essere causato dal gradiente avverso di pressione che, se troppo elevato, determina la separazione del flusso con aumento delle dimensioni di scia. In figura 1.7 è mostrata schematicamente una configurazione con due “tunnels” diffusori. Questi canali a bassa pressione, richiamando aria anche dalle parti laterali della vettura, provocano la formazione di vortici che possono essere anche molto intensi se la paratia è a spigolo e che danno un contributo benevolo alla creazione di deportanza ma aumentano molto la resistenza. Per quanto riguarda la parte B di figura 1.4, oggetto del presente lavoro di tesi, tradizionalmente viene adottata una soluzione a fondo piatto al fine di mantenere il flusso a monte dell’estrattore quanto più regolare possibile. Alcuni lavori effettuati presso il Laboratorio di Aerodinamica Applicata del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell’Università di Pisa hanno dimostrato la possibilità d’intervento su questa parte del fondo vettura.
Tale intervento consiste in un’opera di scavo del fondo piatto in modo da non pregiudicare il corretto funzionamento del diffusore posteriore e al contempo incrementare il carico verticale limitando le perdite in termini di resistenza all’avanzamento.
5
Figura 1.4: Underbody di una vettura ad elevate prestazioni.
Figura 1.5: Esempio di Underbody anteriore.
C
A B
2 1
2
6
Figura 1.6: Estrattore posteriore e schema di funzionamento.
Figura 1.7: Esempio di tunnels diffusori.
7
2. DEFINIZIONE DEL MODELLO CAD
2.1. Zona e obiettivo d’intervento
Il presente lavoro è stato effettuato su un prototipo d’autovettura ad elevate prestazioni del quale la Ferrari S.p.A. ha messo a disposizione il modello CAD in formato compatibile con il software Catia® v5 R17. In figura 2.1 sono riportate le viste principali della vettura oggetto del presente studio con le relative dimensioni. Data la sua simmetria lungo il piano longitudinale si farà riferimento a metà geometria. In figura 2.2 è riportata una vista CAD, realizzata con software Catia, dell’underbody della vettura utilizzata per il presente lavoro di tesi nella quale è possibile distinguere il diffusore posteriore. La parte di fondo piatto colorata in marrone è la zona d’intervento. Scopo del presente lavoro è quello di realizzare, in tale zona, uno scavo in modo da massimizzare la deportanza mantenendo la resistenza all’avanzamento entro prefissati limiti. In figura 2.3 sono riportate le principali dimensioni della zona d’intervento. Lo scavo da realizzare deve essere compatibile con i vincoli strutturali della vettura assegnati dalla casa produttrice. Tali vincoli sono riportati in figura 2.4 nella quale, con linea continua, è stato riportato il fondo piatto originale mentre, con linea tratteggiata, il massimo limite superiore d’intervento. Come è possibile notare da tale figura lo scavo può essere realizzato con una profondità massima di 100 mm per i primi 1240 mm a partire dal bordo anteriore; oltre tale limite la profondità massima è limitata a soli 50 mm. In figura 2.5 è rappresentato un esempio di scavo nel quale si può sottolineare un ulteriore vincolo imposto, ovvero che lo scavo deve confluire nell’imbocco del diffusore posteriore.
8
Figura 2.1: Viste principali della vettura.
Figura 2.2: Viste CAD dell’underbody della vettura.
Zona di intervento Diffusore Posteriore
9
Figura 2.3: Vista dall’alto e laterale della zona di intervento.
Figura 2.4: Profondità massima di scavo.
10
Figura 2.5: Vincolo col diffusore posteriore.
11
2.2. Modello CAD dello scavo
2.2.1. Fase preliminare
In questa fase del lavoro sono stati realizzati quattro modelli, prevedendo le diverse configurazioni di scavo riportate in figura 2.6. Tali modelli, creati con software Catia® V5 R17, hanno la possibilità di rigenerarsi automaticamente cambiando il valore dei parametri che ne definiscono la geometria. Il modello “a” è un semplice scavo, il modello “b” è esattamente l’inverso dell’operazione di scavo, mentre i modelli “c” e “d”
prevedono la possibilità d’intersecare il piano d’intervento. Quest’ultimi due hanno presentato le maggiori difficoltà di creazione a causa della necessità di rendere rigenerabile tale intersezione evidenziata nello zoom di figura 2.6.
Figura 2.6: Possibili configurazioni.
a
c d
b
12
2.2.2. Scelta e creazione del modello
La casa produttrice della vettura, dopo aver preso visione dei diversi modelli, ha indirizzato il lavoro di scavo sul modello tipo “a” di figura 2.6. Il piano di lavoro preso come riferimento corrisponde al fondo piatto della vettura (zona di intervento definita nel paragrafo 2.1). Tale piano e le tre curve utilizzate per la creazione dello scavo sono riportate in figura 2.7.
Figura 2.7: Piano di lavoro e curve per lo scavo.
Piano di lavoro
Curva 1 Curva 2
Curva 3
13 In maggior dettaglio si riporta in figura 2.8 una vista dall’alto e laterale di tali curve nelle quali si sottolinea come le curve 1 e 2 siano state definite rispettivamente con i punti s1-m1-e1 e s2-m2-e2 dove le lettere s, m ed e stanno ad indicare rispettivamente start, medium ed end. Infine la curva 3 è definita con i punti s3-A-B-e3. In figura sono riportati i 13 parametri che definiscono univocamente la geometria delle curve e quindi dello scavo. I parametri A_t e B_t sono stati definiti come le tangenti, rispetto l’asse X, della curva 3 nei punti A e B.
Figura 2.8: Parametrizzazione delle curve dello scavo.
Curva 1
Curva 2
Curva 3
14 Questi due parametri sono stati mantenuti ad un valore costante pari a zero durante tutto il ciclo d’ottimizzazione. Un altro parametro mantenuto costante è K_e con valore numerico tale che si abbia una coincidenza della fine dello scavo con l’inizio del diffusore. Da notare che i punti s1, s2, s3 sono definiti dallo stesso parametro K_s così come i punti e1, e2, e3 sono definiti dal parametro K_e. Tale scelta è stata fatta per rendere la geometria delle curve 1, 2 e 3 conforme al successivo lavoro di scavo. Tali parametri, opportunamente definiti in ambiente Catia, possono essere gestiti in maniera completamente automatica dal software d’ottimizzazione modeFrontier.
Utilizzando le curve 1, 2 e 3 è stato definito lo scavo con il procedimento successivamente illustrato:
Passo 1: è stata eseguita un’estrusione della curva 3 in direzione Y (figura2.9).
Figura 2.9: Estrusione della curva 3.
X Y
Z
Estrusione Curva 3
15 Passo 2: le curve 1 e 2 sono state proiettate su tale estrusione (linee rosse in figura 2.10).
Figura 2.10: Proiezione delle curve 1 e 2.
Passo 3: l’estrusione è stata tagliata in corrispondenza di tali proiezioni (figura 2.11).
Figura 2.11: Taglio della superficie estrusa.
Curva 1 Curva 2
16 Passo 4: estrazione del bordo dell’estrusione tagliata (linea verde in figura 2.12).
Figura 2.12: Estrazione del bordo della superficie tagliata.
Passo 5: proiezione del bordo estratto sul piano di lavoro (linea rossa in figura 2.13; per chiarezza di visualizzazione è stata momentaneamente nascosta la superficie estrusa tagliata).
Figura 2.13: Proiezione del bordo.
17 Passo 6: il piano di lavoro è stato tagliato in corrispondenza della proiezione eseguita al passo 5 (figura 2.14).
Figura 2.14: Taglio del piano di lavoro.
Le superfici create al passo 3 e al passo 6 sono riportate in figura 2.15 nella quale si può notare come sia necessario connetterle per creare così i fianchi dello scavo.
Figura 2.15: Superfici sconnesse.
18 Passo 7: sono state create le proiezioni delle curve 1 e 2 sul piano di lavoro (curve p1 e p2 in figura 2.16). Successivamente sono state create 4 linee di connessione (A, B, C e D; linee rosse in figura 2.16) che uniscono le curve 1 e 2 con le rispettive proiezioni sul piano di lavoro (curve p1 e p2).
Figura 2.16: Linee di connessione.
Passo 8: per creare il fianco dello scavo, tramite il comando ”superficie multi-sezione”, è stata creata una superficie utilizzando come linee di partenza e arrivo rispettivamente le linee A e B e come curva guida la curva 2 e la sua proiezione p2 (figura 2.17).
Figura 2.17: Superficie di connessione del fianco sinistro.
Curva 1
C
B
A
p2
D p1
Curva 2
19 Passo 9: la stessa operazione è stata eseguita per l’altro fianco dello scavo utilizzando come linee di partenza le linee C e D e come curve guida la curva 1 e la sua proiezione p1 (figura 2.18).
Figura 2.18: Superficie di connessione del fianco destro.
Passo 10: le superfici di connessione in eccesso sono state tagliate in corrispondenza della estrusione tagliata al passo 3 (figura 2.19).
Figura 2.19: Taglio della superficie di connessione in eccesso.
20 Passo 11: le superfici sono state rifinite nei loro spigoli superiori con un raccordo di 20 mm (figura 2.20).
Figura 2.20: Vista dall’alto dello scavo.
Si riporta in figura 2.21 la vista dal basso dello scavo realizzato.
Figura 2.21: Vista dal basso dello scavo.
21
3. GENERAZIONE DELLA MESH
3.1. Superfici della vettura
In una seconda fase del lavoro il modello CAD è stato esportato in formato “.igs” in maniera tale da poter essere utilizzato dal software Ansys-Gambit. Tale programma ha permesso la generazione della mesh di superficie e conseguentemente di volume in modo da poter preparare, dopo un’opportuna impostazione delle condizioni al contorno, il calcolo fluidodinamico. A causa d’inevitabili incompatibilità tra il programma di generazione della geometria (Catia) e Ansys-Gambit, dopo aver importato il modello della vettura all’interno dell’ambiente Ansys-Gambit è stato necessario pulire le superfici della stessa affinché il modello CAD potesse essere riconosciuto dal programma di mesh come un solido valido. In molti casi infatti, dopo aver importato il modello CAD in ambiente Ansys-Gambit, le superfici contengono fessure, strappi ed imperfezioni, in quanto i loro spigoli non sono propriamente connessi con quelli delle superfici adiacenti, oppure presentano altri tipi di difetti.
In figura 3.1 è riportato un esempio di visualizzazione “wireframe” della carrozzeria di una vettura. In rosso sono rappresentati i lati connessi con un’unica superficie, in verde quelli che sono a contatto con due superfici, mentre in violetto quelli che toccano tre o più superfici .
Figura 3.1: Pulizia delle superfici.
22 L’operazione di pulizia comporta le seguenti modifiche alla geometria:
• la cucitura degli strappi (figura 3.2);
Figura 3.2: Cucitura degli strappi.
• l’eliminazione di sovrapposizioni di superfici (figura 3.3);
Figura 3.3: Eliminazione di sovrapposizioni di superfici.
• la creazione delle superfici mancanti (figura 3.4);
Figura 3.4: Creazione di superfici mancanti.
23
• la semplificazione di superfici troppo piccole o con angoli molto acuti che possono presentare problemi di mesh (figura 3.5).
Figura 3.5: Semplificazione di superfici.
Dopo l’operazione di pulizia la superficie della macchina è stata divisa in varie zone in modo che nella successiva fase di analisi fluidodinamica si potesse considerare agevolmente il contributo di ogni parte della vettura in termini di Cl e Cd.
Le zone create sono elencate in tabella 3.1.
Tabella 3.1: Zone dell’auto.
24
3.2. Creazione del dominio di calcolo
Dopo aver importato e ripulito le superfici che definiscono il contorno della vettura è stato definito il dominio di calcolo. Per fare ciò è stato utilizzato il box riportato in figura 3.6 (in verde le superfici della vettura). In tabella 3.2 se ne riportano le dimensioni spaziali fornite da precedenti studi di analisi di sensibilità.
Figura 3.6: Box di calcolo.
Larghezza Box 10,5 m
Lunghezza Box 85,5 m
(27,5 m anteriore vettura; 53,5 m posteriore)
Altezza Box 20 m
Tabella 3.2: Dimensioni del Box di calcolo.
25 Durante il ciclo d’ottimizzazione è stato necessario provare un numero consistente di configurazioni di fondo scavato. Per velocizzare l’operazione di rigenerazione della mesh sono state fatte le seguenti operazioni:
1) È stato creato un volume iniziale utilizzando, come contorno esterno, il box di calcolo e, come contorno interno, la superficie della vettura. Per maggiore chiarezza si riporta in figura 3.7 una parte di tale volume appartenente al piano di simmetria (zona campita);
2) È stato creato un box d’ottimizzazione unendo il fondo scavato (figura 3.8) ad un box inferiore;
Figura 3.7: Vista sul piano di simmetria del volume iniziale.
Figura 3.8: Creazione del Box di Ottimizzazione.
Box inferiore Fondo Scavato
Box di Ottimizzazione
26 3) Sottraendo al volume iniziale il volume definito dal box d’ottimizzazione (figura 3.9) è stato ottenuto il volume avente come contorno le superfici della vettura che non cambiano durante il ciclo di ottimizzazione. Si riporta in figura 3.10 la vista del piano di simmetria di tale volume che, una volta meshato e salvato (in formato .msh), rimane “congelato” durante il ciclo d’ottimizzazione;
4) Per ogni configurazione di scavo il nuovo volume del box d’ottimizzazione viene volta per volta meshato e unito al volume “congelato” per formare il volume complessivo di calcolo fluidodinamico.
Figura 3.9: Volume del Box di ottimizzazione sottratto al volume iniziale.
Figura 3.10 : Vista sul piano di simmetria del volume finale.
27 Questa operazione ha permesso di ottenere due effetti positivi:
Per ogni configurazione di scavo, dovendo rimeshare solamente il volume del box d’ottimizzazione, è stato risparmiato tempo computazionale;
Per ogni configurazione, dovendo modificare il file contenente le sole superfici dello scavo, l’apertura del modello ha richiesto tempi inferiori rispetto a quelli necessari per aprire il file contenente l’intera vettura. Questo infatti è molto più grande (53 MB) di quello contenente il solo box d’ottimizzazione (7 MB).
28
3.3. Creazione della mesh della vettura
La mesh è l’operazione con la quale vengono discretizzate le superfici della macchina ed il volume di calcolo, al fine di poter trovare la soluzione del flusso intorno alla vettura utilizzando un metodo agli elementi finiti. Nella CFD (Computational Fluid Dynamics) la spaziatura della mesh (quindi il numero di nodi) influenza fortemente l’accuratezza della soluzione. Tuttavia l’esigenza di aumentare l’infittimento della griglia contrasta la necessità di mantenere i tempi di calcolo ed i costi computazionali ad un livello ragionevole. In particolare:
Una griglia poco fitta può portare alla non corretta rappresentazione del modello geometrico o del modello fisico che si vuole studiare;
Una mesh troppo fitta può non essere realizzabile per mancanza di risorse hardware, oppure comportare tempi di calcolo eccessivi; sono inoltre possibili fenomeni d’instabilità numerica a causa dei quali il calcolo non converge a soluzione;
Parametri di qualità fuori soglia possono indurre problemi numerici; anche se una certa quantità di celle degeneri può essere tollerata.
Utilizzando l’esperienza acquisita da precedenti lavori d’ottimizzazione, la superficie della vettura è stata meshata con elementi triangolari con spaziatura di 20 mm. Come anticipato nel paragrafo precedente l’operazione di mesh della vettura è stata effettuata una sola volta in quanto, con l’esclusione dello scavo, tutto il resto della geometria rimane invariato. Al fine di infittire la mesh in prossimità della superficie della vettura è stata creata una “size-function” nel piano di simmetria (figura 3.11) ed una size-function nel piano sottostante la vettura (figura 3.12). È stato inoltre creato un box d’infittimento in prossimità del diffusore posteriore (figura 3.13). Queste operazioni hanno permesso di ottenere una mesh di volume, effettuata con elementi tetraedrici, molto fitta in prossimità della macchina e che cresce rapidamente ed uniformemente in tutte le direzioni allontanandosi da essa. In figura 3.14 è evidenziato l’effetto del box d’infittimento posteriore mentre in figura 3.15 è messo in evidenza il progressivo infittimento della mesh di volume in prossimità della superficie della vettura.
29 Oltre all’operazione di mesh, con il software Ansys-Gambit è possibile definire le zone del dominio di calcolo che possono essere riconosciute, in una fase successiva, dal solutore aerodinamico (Ansys-Fluent), per l’impostazione delle condizioni al contorno.
Le zone possono essere: volumi, superfici, gruppi di superfici o linee. Quindi le zone definite in Ansys-Gambit hanno solamente un’indicazione di tipo qualitativo cioè se, per esempio, una zona è stata identificata con la condizione di velocity inlet (velocità in ingresso) non si ha nessun tipo d’indicazione quantitativa sulla direzione o la velocità del flusso. Queste proprietà verranno impostate con software Ansys-Fluent in una fase successiva.
Figura 3.11: Size-Function nel piano di simmetria.
Figura 3.12: Size-Function nel piano sottostante la vettura.
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Figura 3.13: Box di infittimento della mesh di volume.
Figura 3.14: Infittimento in prossimità del diffusore posteriore.
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Figura 3.15: Infittimento della mesh in prossimità della superficie della vettura.
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3.4. Mesh del box d’ottimizzazione
La parte di volume di calcolo descritta nel paragrafo precedente rimane fissa durante il ciclo d’ottimizzazione. L’unica cosa che cambia è la configurazione geometrica dello scavo e quindi del box d’ottimizzazione visto nel paragrafo 3.2 (figura 3.8). Al fine di rendere il procedimento automatico, sfruttando le potenzialità di Ansys-Gambit, è stato creato un file journal che permette automaticamente l’apertura di un file in formato
“.dbs” contenente la geometria della parte inferiore del box con le relative condizioni al contorno (figura 3.16). Al box inferiore viene successivamente “incollata” la geometria in formato “.igs” dello scavo e viene così creato il volume del box di ottimizzazione.
Ansys-Gambit prevede infatti la possibilità d’importare file “.igs” e al contempo
“pulirli”, entro certi limiti di tolleranza, con la funzione virtual-cleanup. Se le superfici importate formano un volume chiuso Ansys-Gambit lo genera automaticamente. Il file journal di Ansys-Gambit prevede inoltre l’operazione di mesh di tutte le facce del box con elementi triangolari di spaziatura 20 mm e successivamente l’operazione di mesh di volume con elementi tetraedrici di spaziatura 20 mm. Viene riportato in figura 3.17 il risultato finale di tale procedimento. Dalla figura 3.16 si nota che per la faccia appartenente al piano di simmetria è impostata la condizione di simmetria. Nello zoom della figura sono messe in evidenza (colore rosso) le facce a contatto con le paratie del diffusore posteriore per le quali è stata utilizzata una condizione al contorno di parete solida (wall). Tutte le altre facce hanno una condizione d’interfaccia. Importando le superfici dello scavo non è stato necessario impostare la condizione di parete solida in quanto tale condizione è impostata di default dal software.
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Figura 3.16: Condizioni al contorno del box inferiore.
Figura 3.17: Mesh di volume del Box d’ottimizzazione.
Simmetria Interfaccia
Interfaccia Wall
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3.5. Caratteristiche della Mesh
Il parametro fondamentale che si utilizza per definire la qualità della mesh è la skewness. Tale parametro è una misura di quanto l’elemento base con cui si fa la discretizzazione (superficiale o di volume) è distorto rispetto a quello di riferimento. Vi sono diversi modi per definire la skewness. Se si effettua una meshatura di una superficie, la skewness angolare misura la deviazione angolare rispetto ad un elemento di riferimento, per triangoli o quadrati è definita come:
Dove:
qmax è l’angolo di ampiezza massima, espresso in gradi, dell’elemento di cui si vuole misurare la skewness;
qmin è l’angolo di ampiezza minima espresso in gradi dello stesso elemento;
qe è l’angolo dell’elemento di riferimento.
Se si effettua una mesh superficiale utilizzando dei triangoli l’elemento di riferimento è il triangolo equilatero, mentre se è un elemento a quattro lati si utilizza il quadrato (qe=60° o 90°). Si ha quindi che la skewness massima è pari ad uno quando si ha l’elemento completamente distorto mentre è pari a zero se l’elemento è uguale a quello di riferimento. Per misurare la qualità della mesh di volume si utilizza un parametro di misura del tutto analogo. La qualità e la cura nell’operazione di mesh è in molti casi fondamentale per ottenere una buona soluzione del flusso sia in termini di tempo di calcolo, il quale può essere abbreviato, sia in termini di accuratezza nel calcolo. É infatti noto che avere elementi eccessivamente distorti causa errori nella valutazione dei gradienti delle grandezze che si vogliono calcolare. Dato che nel caso di soluzione di flussi intorno a corpi tozzi si hanno gradienti di pressione molto elevati è necessario che la mesh di superficie non abbia un valore di skewness troppo elevato.
35 In genere è importante prestare molta attenzione nella preparazione della mesh di superficie dal momento che è la base su cui si costruisce la mesh di volume e quindi se si parte da un valore di skewness superficiale elevato questo pregiudica il valore della skewness di volume. Valori di skewness media di volume minori di 0,4 sono da ritenersi buoni. É comunque importante analizzare il valore massimo della skewness per verificare se vi sono zone dove la skewness è alta e se è possibile migliorare la mesh.
In tabella 3.3 e 3.4 si riportano rispettivamente le caratteristiche della mesh di superficie e di volume.
Num. Elementi Tipo Skewness media Skewness mass.
Sup_Auto 135088 Triangolari 0.112 0.952
Sup_Scavo ≈ 21746 Triangolari ≈ 0.079 ≈ 0.929
Tabella 3.3: Caratteristiche della mesh di superficie.
Num. Elementi Tipo Skewness media Skewness mass.
Vol_Auto 617068 Tetraedriche 0.383 0.967
Vol_Scavo ≈ 98652 Tetraedriche ≈ 0.328 ≈ 0.935
Vol_razze_ant 3027 Tetraedriche 0.314 0.717
Vol_razze_post 3106 Tetraedriche 0.384 0.766
Tabella 3.4: Caratteristiche della mesh di volume.
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4. ANALISI CFD DELLA VETTURA
4.1. Impostazione CFD tramite Ansys-Fluent®
Definita la mesh e le zone del dominio di calcolo si procede con l’impostazione del solutore aerodinamico. Per rendere automatico il processo si utilizza un file journal. Le operazione da esso eseguite sono:
Scalatura della mesh: per prima cosa è necessario scalare la griglia in quanto Catia e Ansys-Gambit utilizzano come unità di misura il millimetro, mentre Ansys-Fluent utilizza il metro;
Unione delle mesh: viene fatta con il comando “append mesh” impostando le interfacce che devono essere a contatto;
Impostazioni del solutore:
- Definizione del modello di turbolenza: Si è utilizzato il modello di turbolenza k‐ε Realizable con i settaggi di default sui coefficienti che caratterizzano il modello. Si impiega come funzione per il trattamento delle condizioni alla parete la Non‐Standard Wall Function, un’opzione ormai consolidata per il calcolo del flusso attorno alle automobili;
Controllo della soluzione: i parametri impostati sono stati i seguenti:
- Accoppiamento pressione velocità: SIMPLEC - Fattori di sotto rilassamento:
pressione = 0,65 densità = 1
forze sul corpo = 1 quantità di moto = 0,35
energia cinetica turbolenta = 0,5 rateo dissipazione turbolenza = 0,5 viscosità turbolenta = 0,65
- Discretizzazione:
pressione = standard
quantità di moto = second order upwind
energia cinetica turbolenta = second order upwind rateo dissipazione turbolenza = second order upwind
37 Definizione del materiale: si lascia come materiale l’aria con le caratteristiche di
default definite nel solutore:
densità = 1,225 kg/m3 viscosità = 1,7894 kg/m·s
Impostazione delle condizioni operative: le condizioni operative sono le condizioni rispetto alle quali il solutore calcola le variazioni di pressione; si sceglie come punto di riferimento un punto posto sulla faccia di ingresso del flusso:
coordinate del punto = ( ‐28,4; ‐5; ‐10) m pressione = 101325 Pa
Condizioni al contorno: ai fini dell’ottimizzazione, per velocizzare il calcolo, si è deciso di non simulare il flusso nel vano motore. Utilizzando dati ricavati in simulazioni effettuate in precedenti lavori di tesi sono state imposte delle condizioni al contorno equivalenti di velocità in ingresso al radiatore e di portate in uscita dalle 4 griglie del vano motore (1 griglia è posta in prossimità della base, 1 nelle vicinanze dello scarico e le altre 2 sono situate nel passaruota posteriore). Si riportano in tabella 4.1 le condizioni al contorno imposte;
Valori di riferimento: si riportano in tabella 4.2 i valori di riferimento considerati;
Inizializzazione del flusso: il flusso deve essere inizializzato, prima di avviare il calcolo, impostando una velocità iniziale scelta prendendo come riferimento le condizioni di velocità in ingresso;
Impostazione dei monitor delle forze e dei residui: si imposta il monitor delle forze facendo scrivere il valore dei coefficienti di resistenza e portanza in un file di testo;
Impostazione del numero d’iterazioni e avvio del calcolo CFD.
38 Velocity inlet U∞ = 35 m/s
Direction = 0,999944 0
-0,010576
Box_Inlet (figura 4.1)
Symmetry Box_sym; Box_up&lat
(figura 4.1 e 4.2) Pressure outlet Gauge pressure = 0 Pa Box_outlet (figura 4.1)
Wall Moving wall, traslazione
U∞ = 35 m/s
Direction = 0,999944 0
-0,010576
Box_carpet (figura 4.1)
Velocity inlet U∞ = -29,276073 m/s
Direction =normal to boundary
Radiator_inlet
Velocity inlet U∞ = -8,6865244 m/s
Direction =normal to boundary
Aspirazione_inlet
Wall Moving wall, rotazione
ω = 106,06 rad/s asse di rotazione = -Y
centro di rotazione = 0,002017 m 0 m -0,047045 m
Ruota_ant, Vol_razze_ant
Wall Moving wall, rotazione
ω = 95,89 rad/s asse di rotazione = -Y
centro di rotazione = 2,650219 m 0 m -0,044958 m
Ruota_post, Vol_razze_post
Wall Superfici auto e Scavo
Mass flow inlet Q = 0,16970500 kg/s Scarico_outlet Mass flow inlet Q = 0,37429291 kg/s Griglia_A_passaruota Mass flow inlet Q = 0,42012417 kg/s Griglia_B_passaruota Mass flow inlet Q = 0,26090941 kg/s Griglia_scarico Mass flow inlet Q = 0,71312624 kg/s Griglia_base
Tabella 4.1: Condizioni al Contorno.
39
Tabella 4.2: Valori di riferimento.
Figura 4.1: Quattro facce del Dominio di calcolo.
Figura 4.2: Le due facce che completano il dominio di calcolo.
Densità 1,225 kg/m3
Velocità 35 m/s
Temperatura 288,16 k
Box_carpet Box_Inlet
Box_outlet Box_sym
Box_up
Box_lat
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5. OTTIMIZZAZIONE CON MODEFRONTIER
5.1. Verifica preliminare del modello CAD
Prima di avviare l’ottimizzazione aerodinamica è stato verificato che la procedura di creazione del modello CAD, realizzata con software Catia V5, non avesse problemi ed in particolare sono stati effettuati due controlli:
1) Verifica che il modello CAD possa rigenerarsi automaticamente al variare dei 13 parametri geometrici;
2) Verifica che il volume del box d’ottimizzazione, creato col nuovo modello di scavo, non abbia problemi di rigenerazione della mesh.
In tabella 5.1 sono riportati gli intervalli di variazione per ciascuno dei 13 parametri che definiscono univocamente la geometria dello scavo (figura 5.1). Si ricorda che i parametri A_t e B_t sono mantenuti costanti e pari a zero, mentre il parametro K_e è mantenuto fisso e ad un valore tale che lo scavo possa confluire al diffusore posteriore.
Si riporta in figura 5.2 il flusso logico, realizzato con modeFrontier, che ha permesso di automatizzare il procedimento di controllo. I 13 parametri e i rispettivi intervalli sono stati definiti per mezzo dei nodi riportati nella zona 1. Le immagini riportate in figura 5.3 evidenziano come la flessibilità del modello comporta la sovrapponibilità degli intervalli di variazione di alcuni parametri. Affinché le geometrie delle curve 1, 2 e 3 siano valide, i parametri che le definiscono devono rispettare le seguenti condizioni:
A_h> K_s;
B_h>A_h;
K_m>K_s.
In modeFrontier sono stati implementati tali vincoli (zona 2 di figura 5.2) in modo che il programma, durante l’aggiornamento randomico dei parametri per la creazione delle nuove configurazioni di scavo, tenga conto dei vincoli e renda congruente la scelta dei valori numerici dei parametri.
41 Verifica della Geometria
A_h A_t A_v B_h B_t B_v K_e K_m K_s e_m e_s i_m i_s Min [mm] 300 0 156 450 0 196 2425 200 50 300 250 100 60 Max [mm] 1800 0 226 2250 0 246 2425 1800 1600 500 350 300 160
Tabella 5.1 Intervalli di variazione dei parametri.
Figura 5.1:Parametri del modello.
Curva 1
Curva 2
Curva 3
42
Figura 5.2: Workflow per il controllo del box.
Figura 5.3: Sovrapposizione dei parametri.
K_s A_h
B_h Parametri della curva 3
Parametri delle curve 1 e 2 K_s
K_m
1
2
3 5 7 8
43 Dopo aver impostato tali condizioni di congruenza è stato creato, al variare dei parametri in maniera randomica, il “Design Of Experiments (D.O.E.)” comprendente 200 possibili configurazioni di scavo. In figura 5.4 è riportata la finestra di dialogo di modeFrontier con la quale è possibile settare le impostazioni per la creazione del DOE. L’opzione “Reject Unfeasible Samples” permette di eliminare automaticamente, durante la creazione del DOE, quelle configurazioni che non rispettano i vincoli imposti. Per ognuna delle 200 configurazioni, tramite il nodo Catia (zona 3 di figura 5.2), viene aggiornato il modello CAD ed esportato in formato “.igs”. Utilizzando un file journal (zona 4) tramite il nodo Ansys- Gambit (zona 5) è possibile creare il volume del box, mesharlo e salvarlo in formato “.dbs”.
A questo punto un ulteriore file journal (zona 6) permette, tramite un altro nodo Ansys- Gambit (zona 7), di controllare se il volume del box è stato creato e meshato. Utilizzando come variabile di output il numero di elementi di volume meshati (zona 8) è quindi possibile monitorare l’esito dell’operazione di rigenerazione e meshatura del box. Dopo aver lanciato il “Run” del software al termine del processo è possibile, per mezzo dell’ambiente “Design- Space” riportato in figura 5.5, verificare quali configurazioni non hanno effettuato l’operazione di mesh di volume. Tutte le configurazioni calcolate vengono infatti raccolte in una tabella (Design Table) messa a disposizione per il post-processing (in rosso sono evidenziate le configurazioni che non hanno eseguito la mesh di volume). Tramite l’ambiente “Run-Logs”, riportato in figura 5.6, è invece possibile controllare in quale nodo del flusso logico è avvenuto il problema. Per ognuna di queste configurazioni “fallite” è stato fatto un lavoro manuale d’investigazione per capire il perché del fallimento della configurazione ed eventuale risoluzione del problema. Tale lavoro comprendeva la modifica manuale dei parametri del modello CAD in Catia. Se il modello era in grado di rigenerarsi veniva manualmente salvato in formato “.igs” e successivamente, utilizzando Ansys-Gambit, veniva generato il volume del box. Veniva per ultimo effettuato il tentativo di generazione della mesh di superficie e successivamente di volume. In uno di questi passaggi veniva riscontrato il problema ed affrontato opportunamente. In figura 5.7 è riportato un esempio di modello CAD che non dava problemi di rigenerazione. La particolare tecnica di generazione causava però, in corrispondenza del raccordo, la nascita di linee molto vicine tra loro (zoom in figura) che rendevano impossibile la creazione della mesh.
Grazie a tale procedura di controllo è stato possibile modificare gradualmente la tecnica di generazione del modello CAD e risolvere i vari problemi di rigenerazione e di creazione della mesh riscontrati durante il lavoro. La tecnica di generazione dello scavo riportata nel paragrafo 2.2 è infatti il risultato finale di tale operazione.
44
Figura 5.4: Impostazione del D.O.E.
Figura 5.5: Tabella delle configurazioni del Design Space.
45
Figura 5.6: Ambiente Run Logs.
Figura 5.7: Esempio di problema geometrico.
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5.2. Ottimizzazione Aerodinamica
5.2.1. Impostazione del Workflow
Dopo aver verificato la flessibilità di rigenerazione e meshatura del modello CAD, al variare dei suoi parametri, è stato modificato il flusso logico del “Work-flow” di modeFrontier al fine di eseguire l’operazione di Ottimizzazione Aerodinamica del fondo con scavo. Come prima cosa è stato implementato nel flusso logico un controllo sulla geometria dello scavo. Questo ha permesso di escludere tutte quelle configurazioni con un valore dei parametri tali che la curva 2 di figura 5.8 vada oltre il punto 1. Un’altra specifica da rispettare, fornita dalla casa costruttrice, è relativa agli ingombri interni della vettura. In figura 5.8 è sottolineata la necessità di limitare lo scavo in altezza.
Questo si traduce in un vincolo ulteriore per i parametri A_v, B_v, A_h e B_h, i quali definiscono la posizione verticale ed orizzontale dei punti A e B della curva 3. Questi quattro parametri devono essere tali che la curva 3 non vada oltre la profondità massima di scavo ed inoltre non intersechi il punto 2. In appendice A sono riportate le relazioni utilizzate per il controllo di tali vincoli. Per mezzo dei nodi “if” (zona 1 di figura 5.9) se il valore dei parametri è tale che uno di questi vincoli è violato, la configurazione viene scartata in modo da velocizzare il processo d’ottimizzazione. In figura 5.10 è riportato lo zoom della zona 2 del Workflow ove si nota che dopo la rigenerazione del modello CAD il file in formato “.igs” è messo a disposizione del nodo Ansys-Gambit il quale, per mezzo di un file journal, realizza in automatico la creazione del volume del box, la mesh del volume e il salvataggio del file in formato “.msh”. Tale file è utilizzato come input per il nodo “ssh” il quale permette tramite un file journal di eseguire le operazioni su Ansys-Fluent descritte nel paragrafo 4.1. Durante il calcolo fluidodinamico vengono creati dei file di testo che monitorizzano i valori dei coefficienti di portanza, resistenza e momento della vettura (CL, CD e Cm di figura 5.10). Il coefficiente di portanza è utilizzato per imporre la funzione obiettivo del processo d’ottimizzazione, ovvero il minimo di portanza (nodo “Minimizza_L”). Completa il ciclo il nodo “Limita_D” per mezzo del quale si aggiunge il vincolo sul massimo valore del coefficiente di resistenza.
Questo durante il ciclo d’ottimizzazione può avere un valore massimo pari a 0,52 con una tolleranza di 0,05.
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Figura 5.8: Vincoli geometrici da rispettare.
Curva 2 Punto 1
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Figura 5.9: Flusso logico dell’Ottimizzazione Aerodinamica.
Figura 5.10: Zoom della zona 2 del Workflow.
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