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Simulare l’aerodinamica di un veicolo con ANSYS

Creato il 31 luglio 2017 da Nicola Nicodemo

Uno dei campi che sta riscontrando maggior sviluppo negli ultimi anni è quello della cosiddetta CFD, la fluidodinamica computazionale. La fluidodinamica è la branca della fisica che studia il moto dei fluidi, ovvero liquidi e aeriformi, e si basa sulle equazioni di Navier-Stokes che sono per questa branca l'equivalente delle equazioni di Maxwell per il campo elettromagnetico. Il software che useremo è ANSYS Workbench nella versione Student, scaricabile gratuitamente dal sito del produttore. Questo software oltre alla CFD permette di fare simulazioni fisiche di ogni tipo da quelle di resistenza meccanica, a quelle di trasmissione del calore e a quelle elettromagnetiche.

Simulare l’aerodinamica di un veicolo con ANSYS

Per i nostri fini useremo il modulo ANSYS Fluent. Si inizia importando la geometria del modello che vogliamo analizzare, geometria che per praticità andremo a scaricare da un sito di raccolta di modelli CAD tipo grabcad.com. Il nostro modello va quindi racchiuso in una enclosure, ovvero un box abbastanza ampio che lo contenga agevolmente. Quindi bisogna definire la mesh, ovvero la griglia dello spazio che il software userà per applicare i metodi di risoluzine numerica delle equazioni di Navier-Stokes al nostro dominio. Infine vanno impostate le condizioni al contorno del nostro problema, ovvero i materiali dei componenti, la velocità dell'aria in ingresso d'ingresso e la superficie d'uscita.

Nel nostro caso abbiamo scelto un modello di fluido viscoso-laminare, aria e alluminio per i materiali, una velocità di 10 m/s per l'inlet, un pressure outlet e 100 iterazioni. Alla fine della computazione che può impiegare diversi minuti, quello che si ottiene è un set di dati che possono essere visualizzati con il viewer della suite. Una delle visualizzazioni possibile è quelle del campo delle velocità intorno al veicolo come nella foto sottostante.

Simulare l’aerodinamica di un veicolo con ANSYS

Un'altra invece è quella delle streamlines, ovvero le linee di flusso del campo delle velocità che avvolgono la nostra vettura.

Simulare l’aerodinamica di un veicolo con ANSYS

Da queste immagini è possibile vedere le caratteristiche tipiche dell'aerodinamica delle autovetture, ovvero la zona di stagnazione anteriore, il flusso sotto il corpo vettura, molto importante nelle auto da competizione e il distacco del flusso al posteriore che causa turbolenza (motivo per cui nelle competizioni in cui l'aerodinamica è esasperata come la F1 è difficile seguire una macchina in maniera ravvicinata e quindi sorpassare senza DRS o una notevole differenza prestazionale).

Per riprodurre questi risultati, vi consiglio di seguire questo video YouTube a cui è inspirato questo post. Un altro strumento ugualmente valido e forse dall'approccio un po' più semplice è Autodesk Flow che simula una vera e propria galleria del vento e sarà magari oggetto di qualche articolo futuro. Per ora è tutto, alla prossima!


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