توضیحات
پروژه شبیه سازی جریان هوا بر روی خودرو در نرم افزار انسیس سی اف ایکسANSYS CFX
جریان حول خودرو(flow over car):
جریان هوای اطراف خودرو نیرویی را به خودرو وارد می کند که می توان آنرا به دو مولفه افقی و عمودی تقسیم کرد. این مولفه ها را به ترتیب پسا و برآ می نامیم. نیروی پسا درواقع مقاومت هوا در برابر عبور خودرو است و در سرعت های بالا حدود ۵۰ درصد از نیروی موتور صرف غلبه بر این نیرو می شود. با افزایش سرعت، نیروی پسا نیز افزایش می یابد. به عبارت دیگر، هرچه خودرو با سرعت بیشتری حرکت کند، نیروی پسای بیشتری هم به آن وارد می شود. شکل زیر رابطه اسب بخار مورد نیاز با سرعت یک تریلر را نمایش می دهد. این نمودار نشان می دهد با دو برابر شدن سرعت خودرو، اسب بخار مورد نیاز برای حرکت چهار برابر می شود. در واقع نیروی پسا با مجذور سرعت متناسب است.
کاهش نیروی پسا:
خودروهای اولیه در دهه ۲۰ میلادی دارای ضریب پسای حدود ۱ بودند. البته در آن زمان این امر موضوع مهمی نبود چون خودروها سرعت پایینی داشتند. این مقدار در دهه ۴۰ میلادی به 0.7، دهه ۷۰ میلادی به 0.55، دهه ۸۰ میلادی به 0.45، دهه ۹۰ میلادی به 0.3 و امروزه در خودروهای سواری به حدود 0.25 رسیده است. قطره باران به عنوان آیرودینامیک ترین هندسه موجود در طبیعت، دارای ضریب پسای حدود 0.1 است. باور مهندسین بر آن است که ضریب پسای یک خودرو نمی تواند از این مقدار کوچکتر باشد. لذا فاصله کمی با مقدار ایده آل که همان0.1 است داریم. امروزه ضریب پسای خودروها از حدود ۱ برای کامیون ها تا 0.3 برای خودروهای سواری متغیر است.
آیرودینامیک:
آیرودینامیک علمی است که عبور جریان هوا را از اطراف اجسام بررسی می کند. روش های تحقیق در این علم در سه شاخه تئوری، عددی و تجربی گسترش یافته است. طراحی بدنه خودرو از نظر آیرودینامیکی و بهبود مستمر آن نیز همواره مورد توجه پژوهشگران و خودروسازان بوده و در این زمینه تحقیقات گسترده ای انجام شده است. علت این توجه تأثیر بسزای یک طراحی آیرودینامیکی خوب در بازده و چگونگی عملکرد خودرو می باشد. درواقع هر موفقیتی که در طراحی آیرودینامیک بدنه خودروها صورت گیرد را می توان به عنوان کمکی در جهت کاهش مصرف سوخت آن خودرو در طول مدت استفاده از آن به حساب آورد.
بررسی و تحلیل آئرودینامیکی باتوجه به سرعت زیاد گسترش صنعت خودرو در عصر حاضر، یکی از پارامترهای مهم در طراحی خودرو و حضور در صحنه رقابت های این صنعت می باشد. تجزیه و تحلیل آئرودینامیکی به دو روش، استفاده از تونل باد در اندازه های مختلفی از ماشین و شبیه سازی عددی جریان اطراف آن امکان پذیر می باشد. مهندسین و طراحان همواره در تلاشند تا با بهبود خواص آئرودینامیکی، جریان های آشفته را از بین ببرند. هرچه جریان های آشفته کمتری در خودرو پدیدار گردد خودرو دارای نیروی پسای کمتری خواهد بود. در تونل های باد، هوایی که در اطراف خودرو جریان دارد، با شکل گیری لایه هیدرودینامیکی بر روی بدنه، و ایجاد نیروی پسا، روی خودرو اثر می گذارد. حال اگر این نیرو به هر ترتیبی به مقدار حداقل یا میزان بهینه برسد، می توان تا حد قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت صرفه جویی کرد و درنتیجه تا حد زیادی از تولید گازهای آلاینده هوا، مخصوصا دی اکسید کربن جلوگیری می شود.
شرح پروژه:
در این پروژه از دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) به عنوان یک روش عددی برای شبیه سازی جریان حول خودرو در نرم افزار ANSYS CFX استفاده شده است.
هندسه مسئله:
در این پروژه هندسه خودرو در نرم افزار سالیدورک(Solidworks) ترسیم شده است و هندسه تونل باد در نرم افزار انسیس دیزاین مدلر(ANSYS Design Modeler) ترسیم شده است. پس از طراحی خودرو، باید فضای کاری در نرم افزار تحلیل گر مطابق ابعاد یک تونل باد استاندارد شبیه سازی گردد. اغلب تونل بادهایی که در زمینه تحلیل اثر جریان هوا حول خودرو مورد استفاده قرار می گیرند، دارای ابعاد استاندارد و مشخصی هستند که مانند یک جعبه مکعب مستطیلی شکل، خودروی مورد آزمایش را با رعایت فواصل مشخص، در میان خود جای می دهند.
شبکه بندی:
در این پروژه شبکه بندی و مش در نرم افزار انسیس مشینگ(ANSYS Meshing) تولید شده است.
شبیه سازی:
شبیه سازی در نرم افزار انسیس سی اف ایکس(ANSYS CFX) انجام شده است.
نمونه نتایج شبیه سازی:
