مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی اثرات ترکیبی اسپویلر عقب و انحنای سطوح جانبی بر نیروی برآ و پسای وارد برخودرو سدان

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران
2 دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
چکیده
بررسی و تحلیل آیرودینامیکی خودرو با توجه به پیشرفت سریع صنعت خودروسازی در عصر حاضر، یکی از پارامترهای مهم در طراحی برای حضور در صحنه رقابتهای این صنعت می‌باشد. نیروهای آیرودینامیکی بزرگترین مانع برای رسیدن به سرعتهای بالا درهر وسیله نقلیه هستند. از این رو می توان آنها را مهمترین فاکتورهای طراحی آیرودینامیکی وسایل نقلیه به حساب آورد. تشکیل گردابه و در نتیجه افت فشار در قسمت عقب خودرو می‌تواند باعث افزایش نیروهای مقاوم آیرودینامیکی شود. این مقاله به بررسی چگونگی کاهش حجم گردابه‌ها در قسمت عقب یک مدل خودرو سدان با ایجاد تغییرات در هندسه آن پرداخته است. برای این منظور ابتدا با شبیه‌سازی سه بعدی جریان تراکم ناپذیر اطراف مدل احمِد(که نتایج آزمایشگاهی برای آن موجود است) به روش دینامیک سیالات محاسباتی، مدل آشفتگی و نحوه شبکه‌بندی مناسب انتخاب شده است. سپس مقدار ضرایب آیرودینامیکی مربوط به یک مدل خودرو با اضافه کردن اسپویلر و ایجاد انحناء در سطوح جانبی آن بررسی شده است. بررسی نتایج نشان می‌دهد که استفاده از شبکه لایه‌مرزی در اطراف مدل و تحلیل جریان به صورت ناپایا با استفاده از مدل آشفتگی DES-SSTK-ω، حجم گردابه‌ی تشکیل شده در عقب خودرو را نسبت به مدل K-ω-SST دقیق‌تر شبیه‌سازی می‌کند. همچنین استفاده ترکیبی از اسپویلر و انحنای سطوح جانبی بخاطر کاهش 26.3 درصدی نیروی پسای عقب و کاهش مقدار نیروی برآ تا 5.2 درصد نسبت به مدل خودرو ساده باعث کاهش مصرف سوخت و افزایش پایداری خودرو می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

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

نویسندگان English

roholla behravan 1
miralam mahdi 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده English

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.

کلیدواژه‌ها English

Aerodynamics
Drag
Lift
Spoiler
Ahmed body
[1] L. Janssen, W. Hucho, Aerodynamische Formoptimierung von VW Golf und VW Scirocco, Volkswagen Golf I ATZ, Vol. 77, No. 11, pp. 309-313, 1975. (in German)
[2] A. Morelli, L. Fioravanti, A. Cogotti, The body shape of minimum drag, Automotive Engineering Congress and Exposition, Vol. 12, No. 760186, PP. 1-12, 1976
[3] S. R. Ahmed, G. Ramm, G. Faltin, Some salient features of the timeaveraged ground vehicle wake, SAE International Journal of Passenger Cars - Mechanical Systems, Vol. 1, No. 840300, 1984.
[4] D. Edward, E. Douglas, M. Rbindra, P. Mark, Pressure-Sensitive paint technology applied to low – speed automotive testeng, SAE transactions Journal of Passenger Cars, Vol. 1, No 0626, 2001
[5] H. Lienhart, S. Becker, Flow and turbulence structures in the wake of a simplified car model (Ahmed Model), SAE World Congress, Detroit, Michigan, March 3-6, 2003
[6] R. Mathieu, G. Patrick, K. Azeddine, Drag reduction by flow separation control on a car after body, International Journal For Numerical Methods in Fluids, Vol. 60, No. 11, pp. 1222-1240, 2009
[7] D. Mitra, Effect of relative wind on notch back car with add-on parts, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 2, No. 4, pp. 472-476, 2010
[8] A. Sunanda, M. S. Nayak, Analysis of NACA 2412 for automobile rear spoiler using composite material, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Vol. 3, No. 1, pp. 230-238, 2013
[9] C. Tsai, L. Fu, C. Tai, Y. Huang, J. Leong, Computational aero-acoustic analysis of a passenger car with a rear spoiler, Applied Mathematical Modelling, Vol. 33, No. 9, pp. 3661-3673, 2009
[10] P. Dileep Menon, G. Samir Kamat, S. Yagnavalkya Mukkamala, S. Prakash Kulkarni, To improve the aerodynamic performance of a model hatchback car with the addition of a rear roof spoiler, 16th Annual CFD Symposium, Bangalore, India, August 11-12, 2014
[11] R. B. Sharma, R. Bansal, Aerodynamic drag reduction of a passenger car using spoiler with VGs, International Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 1, No. 2248, pp. 256–263, 2014
[12] H. Ahmadi, M. Abbasalizadeh, Investigating the effects of angle and height of the spoiler on the aerodynamic condition of the vehicle, Proceedings of The National Mechanical Engineering Conference, Ahvaz, Iran, December 17-18,2014. (in Persian فارسی(
[13] M. Valadkhani, F. Talebi, An idea to improve the aerodynamics of the car and analyze it with an ansys fluent software, Proceedings of The National Mechanical Engineering Conference, Ahvaz, Iran, December 17-18,2014. (in (فارسی Persian
[14] C. Mustafa, CFD study on aerodynamic effects of a rear wing/spoiler on a passenger vehicle, Msc Thesis, Santa Clara University, USA, 2012