مدل سازی آئرودینامیک خودرو در نرم افزار AnsysReviewed by مدل سازی آئرودینامیک خودرو در نرم افزار Ansys on Jan 29Rating: 5.0مدل سازی آئرودینامیک خودرو در نرم افزار Ansysمدل سازی آئرودینامیک خودرو در نرم افزار Ansys

در این آموزش همانطور در صدد تحلیل نیروهای آئرودینامیک و محل اعمال این نیروها هستیم که به تفصیل روند حل مسئله در ادامه آورده شده است.

۱-مدلسازی :

جهت مدل کردن خودرو داخل تونل باد از نرم افزار CATIA استفاده شده است . این نرم افزار یکی از قدرتمندترین نرم افزارها جهت مدل کردن و تحلیل های FEM می باشد که در این پایان نامه تنها جهت مدل کردن از آن استفاده شده است. پس از مدل کردن خودروی مورد نظر جهت قرار دادن خودرو داخل تونل باد به روش زیر عمل می کنیم:

– ترسیم مکعب مستطیلی با ابعاد ۴x4x10 متر بعنوان تونل باد.

– قراردادن خودرو داخل مکعب مستطیل (تونل باد) بطوری که فاصله انتهای خودرو تا وجه مقابل آن ۳ . ۵ متر باشد.

– کم کردن حجم خودرو از تونل باد.

قراردادن خودرو در تونل باد
شکل ۱٫ قراردادن خودرو در تونل باد

 

تا اینجا عمل مدل کردن تونل باد و خودروی موردنظر به اتمام می رسد حال نوبت محاسبه ضریب درگ، لیفت و همچنین محاسبه مرکز فشار می رسد که جهت انجام این محاسبات از نرم افزار Ansys – workbench استفاده شده است.

در ماژول Workbench سیستم های تحلیلی وجود دارد که از هر یک به منظور تحلیلی خاص از روش های مختلف استفاده می شود.

از مهمترین سیستمهای تحلیلی موجود در نرم افزار  Ansys – workbench می توان:  Static Transient Structural Transient Thermal Steady-State Thermal  . Structural Modal و ( Electric ، Fluid Flow ( CFX , Fluent , Polyflow را نام برد.

که گستره وسیعی از علم مکانیک را پوشش می دهند. در این پروژه جهت انجام تحلیل های مورد نظر از سیستم تحلیلی (Fluid Flow ( CFX استفاده شده است. CFX با داشتن ابزارهای قدرتمند و به روز توانایی انجام دامنه گسترده ای از دینامیک سیالات محاسباتی را دارد.

در این آموزش جهت ارسال تونل خودروی مدل شده در نرم افزار CATIA ، به این نرم افزار و انجام تنظیمات و آنالیزهای مربوط به روش زیر عمل می کنیم: با انتخاب سیستم تحلیلی (Fluid Flow ( CFX و باز کردن منوی مربوطه زیر شاخه های آن باز می گردد که این زیر شاخه ها شامل هندسه ، مش زنی ، تنظیمات  ، حل  و نتایج  می باشد. که هر یک از این زیر شاخه ها می بایست به ترتیب و پشت سرهم انجام گردند.

محیط نرم افزار CFX
شکل ۲٫ محیط نرم افزار CFX

۲- هندسه :

با انتخاب گزینه هندسه، صفحه جدید Design Modeler باز می گردد. از این قسمت جهت تولید هندسه مورد نظر استفاده می گردد. همچنین می توان مدل های هندسی که در نرم افزارهای دیگر تولید شده را به این قسمت وارده کرد. در اینجا هندسه تولید شده در نرم افزار CATIA را وارد نرم افزار می نماییم که مطابق شکل زیر هندسه قابل مشاهده می باشد. در اینجا می بایست ماده تشکیل دهنده مدل مشخص گردد. از آنجا که ماده پر کننده فضای داخل تونل هوا می باشد ماده پرکننده Fluid انتخاب شده است. با ذخیره مدل به قسمت مش زنی خواهیم رفت.

محیط Design Modeler
شکل ۳٫ محیط Design Modeler

۳- شبکه بندی ( مش زنی ) در نرم افزار انسیس :

با انتخاب این گزینه صفحه جدیدی با عنوان Meshing باز می شود. در این قسمت عمل مش زنی فضای محاسباتی انجام می گیرد. Ansys – CFX یکی از تواناترین نرم افزارهای مش زنی فضاهای سیالاتی می باشد. در این جا از مش زنی اتوماتیک با استفاده از بهبود مش استفاده گردیده است.

برای رسیدن به مش بهینه باید در فضاهای نزدیک به دیواره ها و سطوح با انحنای زیاد، مش ریزتر و در دیگر فضاها مش درشت تری داشت. در این پروژه با تغییر سایز و ریزتر کردن مش ها و مشاهده تاثیر آن در نتایج خروجی تحلیل ها به مش بهینه رسیده ایم بصورتی که از آن به بعد با ریز کردن سایز مش ها تغییر قابل ملاحظه ای در نتایج مشاهده نگردید.

در این مش بندی فضای تونل باد به ۹۹۸۳۸۶ المان با ۱۸۷۰۲۱ نقطه ۱ تقسیم شده است. | قابل ذکر است که با توجه به ایجاد فشار منفی و اهمیت آن در ضریب درگ، مش های فضای پشت خودرو مجددا مورد بهبود قرار گرفته اند.

در شکل زیر نتیجه مش زنی تونل باد آورده شده است. پس از این مرحله نوبت به تنظیمات می رسد.

مش زنی خودرو در انسیس
شکل ۴٫ مش زنی خودرو در انسیس

۴- تنظیمات مساله در نرم افزار انسیس :

همانند قسمت های قبل با انتخاب گزینه Set up در صفحه اصلی صفحه مربوط به این قسمت با نام CFX – Pre باز می گردد. در این قسمت کلیه تنظیمات مربوط به حل مسئله به نرم افزار داده می شود. در اولین مرحله می بایست خواص فیزیکی سیال تعریف گردد. با انتخاب کل دامنه ۱ | پنجره جزییات دامنه باز می شود. در این قسمت از Material Library هوا در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد و با فشار مرجع ۱ اتمسفر با ساختار پیوسته و غیر قابل تراکم انتخاب شده است. با توجه به سرعت جریان مشخصات فیزیکی سیال و ابعاد تونل و خودرو و در نتیجه عدد رینولدز می توان نوع جریان را مشخص نمود. با توجه به ابعاد تونل، مشخصات سرعت هوای ورودی ( V = 200 krn / hr ) و همچنین مشخصات فیزیکی هوا در دمای ۲۵ درجه خواهیم داشت :

  • چگالی برای جریان مورد نظر ۱٫۱۸۵ کیلوگرم بر متر مربع
  • سرعت ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت
  • شعاع معادل برابر با ۴ متر
  • ویسکوزیته دینامیکی -۵^۱۰ * ۱٫۸۳۱ پاسکال ثانیه
  • عدد رینولدز ۷^۱۰*۱٫۱۴۴

۵-شرایط مرزی مساله :

پس از انجام تنظیمات مربوط به دامنه نوبت به تعریف شرایط مرزی حاکم به مسئله می رسد. شرایط مرزی این مسئله شامل تعریف شرایط ورودی، خروجی و دیواره ها می باشد.

– شرط مرزی ورودی :

در اینجا صفحه مربوط به ورودی هوا ( صفحه روبه روی خودرو) انتخاب و شرایط مرزی زیر در نظر گرفته شده است:

Boundary Type: Inlet Flow Regime: Subsonic | Normal Speed: 200 km/hr

– شرط مرزی خروجی :

در این قسمت صفحه مربوط به خروجی هوا از تونل انتخاب و شرط مرزی مربوط به صورت زیر در نظر گرفته شده است:

Boundary Type: outlet Flow Regime: Subsonic Normal Speed: 200 km/hr

– شرط مرزی دیواره :

در اینجا تمام بدنه خودرو و دیواره های تونل، شرط مرزی دیواره می باشند. در اینجا شرط مرزی دیواره از نوع بدون لغزش  در نظر گرفته شده است.

در شکل زیر تصویر مربوط به فضای CFX – Pre با اعمال شرایط مرزی مذکور آورده شده است. پس از پایان مرحله تنظیمات نوبت به مرحله حل مسئله می رسد.

محیط CFX_PRE
شکل ۵٫ محیط CFX_PRE

۶- حل مساله :

با انتخاب گزینه Solution در صفحه CFX صفحات CFX – Solver Manager و Define | Run باز می گردند. در صفحه Define Run با تعریف مسیر خروجیها و انتخاب گزینه Run حل مسئله شروع می گردد. در صفحه Solver Manager جزئیات حل مسئله و نمودارهای مربوط به همگرا شدن جواب قابل مشاهده است.

قابل ذکر می باشد که در قسمت تنظیمات مربوط به Solver Control شرط همگرایی جواب بدین صورت تنظیم گردید که می بایست RMS خطای معادله پیوستگی، معادلات مومنتوم و توربولاس به عددی کمتر از ۱۰ برسد تا جواب همگرا گردد. در شکل زیر صفحه مربوط به -CFX Solver Manager و گراف های مربوطه آورده شده است.

حل مساله در انسیس
شکل ۶٫ حل مساله در انسیس

۷- نتایج :

مشاهده خطوط جریان
مشاهده خطوط جریان
کانتور سرعت خودرو
کانتور سرعت خودرو
کانتور فشار
کانتور فشار



مطالعه این مقاله در وب سایت منبع

  این مطلب را پسندیدم

پاسخ دهید