Aerodynamic analysis of passenger cars under cornering conditions

Aus Sicht eines fahrzeugfesten Bezugssystems wird die Str?mung beim Kurvenfahren gebogen. Um die Kurvenfahrt nachbilden zu k?nnen, wird die numerische Simulation bevorzugt, da die notwendigen Str?mungsbedingungen bisher experimentell nicht er-reicht werden konnten. Eine aerodynamische Analyse von P...

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Main Author: Pab?n Andrade, Jos? David
Other Authors: Indinger, Thomas
Format: Tesis de Maestría
Language:eng
Published: Munich / Universidad T?cnica de Munich 2017
Subjects:
CFD
Online Access:http://repositorio.educacionsuperior.gob.ec/handle/28000/4300
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institution SENESCYT
collection Repositorio SENESCYT
biblioteca Biblioteca Senescyt
language eng
format Tesis de Maestría
topic INGENIER?A MEC?NICA
MEC?NICA DE FLUIDOS
AERODIN?MICA
CFD
CORNERING
DRAG
LIFT
SIDE FORCE
YAWING MOMENT
WAKE
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MEC?NICA DE FLUIDOS
AERODIN?MICA
CFD
CORNERING
DRAG
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SIDE FORCE
YAWING MOMENT
WAKE
Pab?n Andrade, Jos? David
Aerodynamic analysis of passenger cars under cornering conditions
description Aus Sicht eines fahrzeugfesten Bezugssystems wird die Str?mung beim Kurvenfahren gebogen. Um die Kurvenfahrt nachbilden zu k?nnen, wird die numerische Simulation bevorzugt, da die notwendigen Str?mungsbedingungen bisher experimentell nicht er-reicht werden konnten. Eine aerodynamische Analyse von Pkw bei dieser Str?mungssituation wurde am Beispiel eines BMW E60 durchgef?hrt. Das erarbeitete CFD-Setup bei der Simulationssoftware PowerFLOW von Exa Corporation erlaubte sowohl die Geradanstr?mung als auch drei verschiedene Kurvenradien zu simulieren. Die transienten Daten in allen F?llen wurden gemittelt, um eine Auswertung des station?ren Falles zu erm?glichen. Dies erm?glichte eine detaillierte Einsicht der auftretenden Str?mungsph?nomene und der daraus resultie-renden Effekte. ?ber den Vergleich zwischen der Geradeausfahrt und der Kurvenfahrt konnte best?tigt werden, dass signifikante Ver?nderungen der aerodynamischen Beiwerte am Pkw auftre-ten. Hierzu z?hlen f?r einen Radius von f?nf Mal die L?nge des Fahrzeugs, eine Erh?hung des Luftwiderstands um 21,3% und des Auftriebs um 36,9%, sowie die Entstehung einer Seitenkraft und eines Giermoments mit untersteuernder Wirkung. Die ?nderungen im Totwasser waren f?r 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 erkl?rte. Die gekr?mmte Str?mung beeinflusste die Abl?sebereiche hinter den R?dern im Unterboden und somit die Druckverteilung in diesem Bereich. W?h-rend der vordere Auftrieb exponentiell bei abnehmendem Kurvenradius anstieg, folgte der hintere Auftrieb einen S?ttigungsverlauf. Dies war der Fall, weil die ?nderungen der Str?mungsph?nomene im oberen Bereich des Hecks die Effekte im hinteren Bereich des Unterbodens teilweise kompensierten. Hierzu sind zu nennen: die Variation an Gr??e und Richtung der C-S?ulen-Wirbel, die asymmetrische Entwicklung der Abl?seblase an der Heckscheibe und eine luvseitige Einstr?mung zur Heckbasis, die aus der anliegenden Str?mung 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.
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