Simulación del flujo en torno a un vehículo tipo Hatchback con modelos de turbulencia híbridos tipo DDES
En este estudio se realizaron simulaciones de fluidos computacionales (CFD) del flujo en torno a un Hatchback usando modelos híbridos como DES y DDES, basados en el modelo de turbulencia k-omega SST y los resultados se compararon con estudios anteriores de esta línea de investigación. Los modelos hí...
- Autores:
-
Castillo Álvarez, Juan Pablo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/55716
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/1992/55716
- Palabra clave:
- Automóviles
Arrastre (Aerodinámica)
Dinámica de fluidos computacional
Turbulencia
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- openAccess
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En este estudio se realizaron simulaciones de fluidos computacionales (CFD) del flujo en torno a un Hatchback usando modelos híbridos como DES y DDES, basados en el modelo de turbulencia k-omega SST y los resultados se compararon con estudios anteriores de esta línea de investigación. Los modelos híbridos utilizados son un método de solución moderno que permite obtener resultados precisos con un costo computacional moderado, gracias al intercambio entre Large Eddy Simulation (LES) y ecuaciones RANS convencionales. Se utilizaron mallas hibridas que combinaban elementos tetraédricos en el dominio y prismas sobre el vehículo para captar la capa límite. Estas mallas estaban en el rango entre los 9,7 y 24 millones de elementos, iniciando con la mas pequeña y aumentando progresivamente el tamaño para asegurar la estabilidad de la solución y cumplir con los refinamientos necesarios. Todas las simulaciones fueron realizadas en el software comercial ANSYS Fluent v21.1 y se calculó el coeficiente de arrastre a lo largo de cada iteración. También se analizaron y compararon propiedades del flujo como la distribución de presiones, el campo de velocidades junto con las líneas de corriente en la estela cercana, los contornos de vorticidad en los planos normales a la dirección del flujo, el Q-criterion, y por último la relación de viscosidades turbulentas (TVR). Se compararon estos resultados con los obtenidos por estudios anteriores sobre este mismo vehículo con los mismos parámetros y el modelo de turbulencia Spalart-Allmaras así como con el análisis realizado con los mismos modelos transitorios (basados en Spalart-Allmaras) pero sobre un vehículo tipo station wagon. El coeficiente de arrastre promedio de 0.37 con el modelo DES estuvo a solo 1.07% de diferencia del 0.374 experimental hallado por M. López. También se obtuvo el resultado más cercano al valor reportado por catálogo, siendo este el de la simulación k-omega SST con un valor de 0.356 a solo 1.71% de este. |
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Los modelos híbridos utilizados son un método de solución moderno que permite obtener resultados precisos con un costo computacional moderado, gracias al intercambio entre Large Eddy Simulation (LES) y ecuaciones RANS convencionales. Se utilizaron mallas hibridas que combinaban elementos tetraédricos en el dominio y prismas sobre el vehículo para captar la capa límite. Estas mallas estaban en el rango entre los 9,7 y 24 millones de elementos, iniciando con la mas pequeña y aumentando progresivamente el tamaño para asegurar la estabilidad de la solución y cumplir con los refinamientos necesarios. Todas las simulaciones fueron realizadas en el software comercial ANSYS Fluent v21.1 y se calculó el coeficiente de arrastre a lo largo de cada iteración. También se analizaron y compararon propiedades del flujo como la distribución de presiones, el campo de velocidades junto con las líneas de corriente en la estela cercana, los contornos de vorticidad en los planos normales a la dirección del flujo, el Q-criterion, y por último la relación de viscosidades turbulentas (TVR). Se compararon estos resultados con los obtenidos por estudios anteriores sobre este mismo vehículo con los mismos parámetros y el modelo de turbulencia Spalart-Allmaras así como con el análisis realizado con los mismos modelos transitorios (basados en Spalart-Allmaras) pero sobre un vehículo tipo station wagon. El coeficiente de arrastre promedio de 0.37 con el modelo DES estuvo a solo 1.07% de diferencia del 0.374 experimental hallado por M. López. También se obtuvo el resultado más cercano al valor reportado por catálogo, siendo este el de la simulación k-omega SST con un valor de 0.356 a solo 1.71% de este.In this study, computational fluid dynamics simulations of the flow around a hatchback vehicle were made using hybrid methods such as DES (Detached Eddy Simulation) and DDES (Delayed Detached Eddy Simulation), based on the k-omega SST turbulence model and the results were compared to previous studies in the same line of research. The hybrid models used are a modern method of solution for these simulations that give accurate results with a moderate computational cost, thanks to the selection between Large Eddy Simulation (LES) and conventional Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations. Hybrid meshes, that use tetrahedral elements in the domain and prisms on the surface of the vehicle for capturing the boundary layer, were used. This meshes were in the range of 9.7 to 24 million elements, starting with the smallest and increasing in size progressively to ensure the stability of the solution and to achieve the necessary refinements. All simulations were performed using the ANSYS Fluent v21.1 commercial software and the drag coefficient was calculated for each iteration. The resulting flows were captured and characteristics such as the pressure distribution, velocity field with corresponding streamlines on the near wake, vorticity contours on planes normal to the direction of the flow, Q-criterion, and the turbulent viscosity ratio were analyzed and compared. Results were also compared to previous studies of the same vehicle on identical parameters with the Spalart-Allmaras turbulence model as well as studies with the same transient models (based on Spalart-Allmaras) but instead with a station wagon type car. An average drag coefficient of 0.37 with the DES model was only 1.07% away from the 0.374 obtained experimentally by M.Lopez. The nearest result to the 0.35 value reported officially was obtained by the k-omega SST simulation with a value of 0.356, only a 1.71% difference.Ingeniero MecánicoPregrado43 páginasapplication/pdfspaUniversidad de los AndesIngeniería MecánicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería MecánicaSimulación del flujo en torno a un vehículo tipo Hatchback con modelos de turbulencia híbridos tipo DDESTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TPAutomóvilesArrastre (Aerodinámica)Dinámica de fluidos computacionalTurbulencia201817070PublicationTHUMBNAIL26392.pdf.jpg26392.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6285https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/1d243ffa-3c1a-4a1e-bb19-93653e76a6cc/download943901e3b07b377c33405066d41e18e7MD53TEXT26392.pdf.txt26392.pdf.txtExtracted texttext/plain64975https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/06074a90-f861-4bae-b813-c47d5925434c/download655c9536c44f10ea27934c57c5bdc76eMD52ORIGINAL26392.pdfapplication/pdf2686624https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/1bc8135a-12a7-48e3-8061-06b95fdc2e54/download4dc2021bc2952274c29e256d9f180a46MD511992/55716oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/557162023-10-10 17:13:40.135https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdfopen.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co |