بررسي عددي اثرات تركيبي اسپويلر عقب و انحناي سطوح جانبي بر نيروي برآ و پساي وارد برخودرو سدان

Numerical simulation of the combined effects of the rear spoiler and the curvature of the lateral surfaces on the lift and drag forces on the sedan type vehicle

بررسي و تحليل آيروديناميكي خودرو با توجه به پيشرفت سريع صنعت خودروسازي در عصر حاضر، يكي از پارامترهاي مهم در طراحي براي حضور در صحنه رقابتهاي اين صنعت مي‌باشد. نيروهاي آيروديناميكي بزرگترين مانع براي رسيدن به سرعت هاي بالا درهر وسيله نقليه هستند. از اين رو مي توان آنها را مهمترين فاكتورهاي طراحي آيروديناميكي وسايل نقليه به حساب آورد. تشكيل گردابه و در نتيجه افت فشار در قسمت عقب خودرو مي‌تواند باعث افزايش نيروهاي مقاوم آيروديناميكي شود. اين مقاله به بررسي چگونگي كاهش حجم گردابه‌ها در قسمت عقب يك مدل خودرو سدان با ايجاد تغييرات در هندسه آن پرداخته است. براي اين منظور ابتدا با شبيه‌سازي سه بعدي جريان تراكم ناپذير اطراف مدل احمِد (كه نتايج آزمايشگاهي براي آن موجود است) به روش ديناميك سيالات محاسباتي، مدل آشفتگي و نحوه شبكه‌ بندي مناسب انتخاب شده است. سپس مقدار ضرايب آيروديناميكي مربوط به يك مدل خودرو با اضافه كردن اسپويلر و ايجاد انحناء در سطوح جانبي آن بررسي شده است. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه استفاده از شبكه لايه‌مرزي در اطراف مدل و تحليل جريان به صورت ناپايا با استفاده از مدل آشفتگي DES-SST K-ω، حجم گردابه‌ي تشكيل شده در عقب خودرو را نسبت به مدل K-ω-SST دقيق‌تر شبيه‌سازي مي‌كند. همچنين استفاده تركيبي از اسپويلر و انحناي سطوح جانبي بخاطر كاهش 26.3 درصدي نيروي پساي عقب و كاهش مقدار نيروي برآ تا 5.2 درصد نسبت به مدل خودرو ساده باعث كاهش مصرف سوخت و افزايش پايداري خودرو مي‌شود.

In recent years, Aerodynamic analysis of automobiles became one of the most important parameters which affect the power of the companies to be present in world markets. Therefore, they can be considered as one of the most important factors in aerodynamic design of vehicles. The formation of the vortex and consequently the pressure drop in the rear of the vehicle can increase the aerodynamic forces. This paper investigates the methods for reduction of the vortices volume in the rear part of a sedan type vehicle by changing in geometry of the vehicles. For this purpose, firstly in order to choosing the appropriate turbulence model and 3D simulation of incompressible flow around the Ahmed model (which its experimental results are available) was simulated using computational fluid dynamics. Then, the values of aerodynamic coefficients of a car model were studied by adding spoiler and creating curvature at its lateral surfaces. The results of this study indicated that the vortex volume formed at the rear of the vehicle can be simulated more precisely by using the Boundary-layer mesh around the model and analyzing the flow using the DES-SSTK-ω turbulence model Relative to the model K-ω-SST. Additionally, simultaneously use of the spoiler and the curvature of the lateral surfaces reduce fuel consumption and increase the stability of the vehicle due to a 26.3 % reduction in rear drag coefficient and a 5.2 % reduction in the lift coefficient, with respect to the simple car model.