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metadata.dc.type: masterThesis
Título : Aerodynamic analysis of passenger cars under cornering conditions
Autor : Pabón Andrade, José David
metadata.dc.contributor.advisor: Indinger, Thomas
Schütz, Thomas
Palabras clave : INGENIERÍA MECÁNICA;MECÁNICA DE FLUIDOS;AERODINÁMICA;CFD;CORNERING;DRAG;LIFT;SIDE FORCE;YAWING MOMENT;WAKE
Fecha de publicación : 7-dic-2016
Editorial : Munich / Universidad Técnica de Munich
Citación : Pabón Andrade. José David. (2016). Aerodynamic analysis of passenger cars under cornering conditions. (Trabajo de titulación de Bachelor en Ciencias en Ingeniería Mecánica). Universidad Técnica de Munich. Munich. 53 p.
Resumen : Aus Sicht eines fahrzeugfesten Bezugssystems wird die Strömung beim Kurvenfahren gebogen. Um die Kurvenfahrt nachbilden zu können, wird die numerische Simulation bevorzugt, da die notwendigen Strömungsbedingungen bisher experimentell nicht er-reicht werden konnten. Eine aerodynamische Analyse von Pkw bei dieser Strömungssituation wurde am Beispiel eines BMW E60 durchgeführt. Das erarbeitete CFD-Setup bei der Simulationssoftware PowerFLOW von Exa Corporation erlaubte sowohl die Geradanströmung als auch drei verschiedene Kurvenradien zu simulieren. Die transienten Daten in allen Fällen wurden gemittelt, um eine Auswertung des stationären Falles zu ermöglichen. Dies ermöglichte eine detaillierte Einsicht der auftretenden Strömungsphänomene und der daraus resultie-renden Effekte. Über den Vergleich zwischen der Geradeausfahrt und der Kurvenfahrt konnte bestätigt werden, dass signifikante Veränderungen der aerodynamischen Beiwerte am Pkw auftre-ten. Hierzu zählen für einen Radius von fünf Mal die Länge des Fahrzeugs, eine Erhöhung des Luftwiderstands um 21,3% und des Auftriebs um 36,9%, sowie die Entstehung einer Seitenkraft und eines Giermoments mit untersteuernder Wirkung. Die Änderungen im Totwasser waren für den Zuwachs an Luftwiderstand verantwortlich. Die Seitenkraft folgte aus der asymmetrischen Entwicklung des Nachlaufs an den Seiten. Diese zeigte einen Richtungswechsel zwischen Fahrzeugfront und Heck, was die Gier-momententstehung erklärte. Die gekrümmte Strömung beeinflusste die Ablösebereiche hinter den Rädern im Unterboden und somit die Druckverteilung in diesem Bereich. Wäh-rend der vordere Auftrieb exponentiell bei abnehmendem Kurvenradius anstieg, folgte der hintere Auftrieb einen Sättigungsverlauf. Dies war der Fall, weil die Änderungen der Strömungsphänomene im oberen Bereich des Hecks die Effekte im hinteren Bereich des Unterbodens teilweise kompensierten. Hierzu sind zu nennen: die Variation an Größe und Richtung der C-Säulen-Wirbel, die asymmetrische Entwicklung der Ablöseblase an der Heckscheibe und eine luvseitige Einströmung zur Heckbasis, die aus der anliegenden Strömung an der Luvseite resultierte. From a vehicle’s reference frame, the flowfield becomes curved when travelling through a corner. The cornering conditions have not yet been replicated experimentally, leaving numerical simulation as the preferred method for their analysis. An aerodynamic analysis under cornering conditions on the passenger car BMW E60 was carried out. The developed CFD-Setup for the simulation software PowerFLOW by Exa Corporation allowed the simulation of straight-line conditions as well as cornering conditions with three different curve radii. The transient data in all cases was averaged to allow a steady-state evaluation. This provided a detailed insight into the occurring flow phenomena and the resulting effects. Significant differences were observed in the aerodynamic coefficients when comparing straight-line and cornering cases. For a radius equal to five times the car length, a 21,3% increase in aerodynamic drag and a 36,9% increase in aerodynamic lift was registered, as well as the development of a side force and a yawing moment with understeering effect. The changes in the near-wake structure were responsible for the drag increase. The side force was the result of an asymmetrical development of the lateral far wake. A direction change of this force between the front and the back of the vehicle explains the yawing moment. The curved flow influenced the detachment areas behind the wheels in the un-derbody and, therefore, the pressure distribution on this area. While the front lift in-creased exponentially with decreasing curve radius, the rear lift showed a saturation profile. This was the result of changes in the flow phenomena in the upper rear area partially compensating the effects in the underbody. These changes were: variation in size and direction of the C-pillar vortices, asymmetrical development of the rear separa-tion bubble and an inboard inflow towards the backside of the vehicle, resulting from the attached flow on the inboard side.
URI : http://repositorio.educacionsuperior.gob.ec/handle/28000/4300
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