Estudo de simulação numérica do escoamento aerodinâmico em torno de um veículo automóvel de alto desempenho

Abstract

Pretende-se, com este trabalho, fazer o estudo aerodinâmico de um veículo automóvel perfilado que participou na competição Shell Eco-Marathon Europe 2011, inserido no projeto “Eco Veículo” do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Coimbra. O objetivo da competição é fazer um percurso numa pista fechada consumindo a menor quantidade possível de gasolina com um veículo monolugar. Para executar o estudo é usado o ANSYS, que é um programa de simulação para engenharia. É importada a geometria do veículo para o programa e criado o domínio de escoamento do ar. De seguida, este domínio é decomposto em milhões de volumes de controlo e são impostas as condições do escoamento do fluido, das superfícies em contacto e da simulação. Por fim, é feito o cálculo da simulação e são retirados os resultados relevantes e elucidativos do escoamento. O estudo foi efetuado com o veículo alinhado e desalinhado com o escoamento e com diferentes velocidades dentro da gama que o veículo atinge durante a competição. O estudo pretende caracterizar o comportamento aerodinâmico do veículo e melhorá-lo através de pequenas alterações geométricas. Foi estudada a introdução de um boleado (arredondamento da aresta) entre a forma superior e forma inferior do veículo. A conclusão retirada é que apesar de o boleado diminuir a área de contacto entre o fluido e o veículo, a força de arrasto aumenta devido à alteração das características da camada limite, o que faz com que a alteração não seja compensatória para este veículo.

This assignment is intended to make the aerodynamic study of a streamlined vehicle that participated in the Shell Eco-Marathon Europe 2011 competition, which is inserted in the “Eco Vehicle” project of the Department of Mechanical Engineering of the University of Coimbra. The purpose of the competition is to do a circuit in a closed track consuming the minimum amount of petrol possible with a single seat vehicle. This study is carried out by using the ANSYS, which is a simulation program for engineering. The geometry of the vehicle is imported to the program and it is created the domain of air flow. Afterwards this domain is divided into millions of elements and the conditions of the fluid flow, of the surfaces in contact and of the simulation are imposed. Finally the calculation of the simulation is made and the important and elucidative results of the flow are taken. This study was done with the car aligned and with different yaw angles and with different speeds inside the range that the vehicle reaches during the competition. The study intends to characterize the aerodynamic behavior of the car and to improve it through small geometric changes. The introduction of a fillet between the superior and inferior surfaces of the vehicle body was studied. The conclusion is that in spite of diminishing the contact area, the drag force increases due to the change of the characteristics of the boundary layer, which makes the change not compensatory for this vehicle.