Vliv turbulence reálného prostředí ve výpočtech aerodynamiky osobních vozidel při vyšší rychlosti

Ing. Jan Vondruš

​

Zahájení studia: 1. 12. 2020

​

Plánovaný konec studia: 1. 12. 2024

Vliv turbulence reálného prostředí ve výpočtech aerodynamiky osobních vozidel při vyšší rychlosti

Téma

• Současný výzkum externí aerodynamiky:
• Aerodynamicky „čisté“ proudění na vstupu v aerodynamickém tunelu
• Hodnoty intenzity turbulence na vstupu < 1%
• Omezená možnost simulace délkových měřítek turbulencí
• Modelování reálného prostředí: FKFS swing®

​

• Reálné (statistické) hodnoty v provozu:
• Intenzita turbulence: 5-7 %
• Úhel náběhu vzduchu na vůz: 1-3 °
• Délkové měřítko turbulencí: 1-12 m

​

• Následek zjednodušení:
• Nepřesné určení silových účinků na vůz
• Vliv na spotřebu, jízdní stabilitu vozu

​

• Cíl:

Stanovení vhodné metodiky pro zohlednění reálného turbulentního proudění pro výpočty CFD

​

​

​

​

​

[2]

[1]

[1] FKFS Research In Motion: Aerodynamics, https://www.fkfs.de/fileadmin/_processed_/f/3/csm__MG_9116_DxO-2.1_2f41d52972.jpg�[2] FAT-Schriftenhreihe 336-VDA, https://www.vda.de/dam/vda/publications/2020/FAT/FAT-Schriftenreihe_338/FAT-Schriftenreihe_336.pdf

3

http://http://automotiveengineering.online/

Vědecké otázky a pracovní hypotézy své disertační práce

Vědecká otázka 1:

Jaký vliv má reálné proudění, nacházející se při jízdě vozu na silnici na jeho jednotlivé části?

Pracovní hypotéza 1:

Předpokládá se odlišný vliv na jednotlivé části vozu, přičemž opatření, nacházející se dále od roviny symetrie vozu budou zasaženy více. V této oblasti se nachází zásadní prvky, dosud navrhované pro proudění s nízkými hodnotami intenzity turbulence.��Vědecká otázka 2:

Jaký vliv má reálné proudění na jednotlivé aerodynamické opatření na vozu? Je u některých prvků (aircurtain, finlety) vysoký rozdíl mezi idealizovaným prouděním a reálným prouděním?��Pracovní hypotéza 2a:

Předpokládá se, že u většiny aerodynamických prvků bude zachována jejich funkce na vůz (snížení odporu, zvýšení přítlaku). Změní se však jejich aerodynamická účinnost. Z rešerše vyplývá, že vlivem reálného proudění jsou změny do 10 bodů koeficientu aerodynamického odporu.

Pracovní hypotéza 2b:

Současně s tím se uvažování reálného proudění promítne i do boční síly, přičemž tyto vlivy na jízdní stabilitu budou větší, než v případě proudění s nízkou intenzitou turbulence.

​

Vědecká otázka 3:

Jaký vliv má reálné proudění při rychlosti, na kterou běžně cílí vývoj externí aerodynamiky, tedy 140 km.h^-1

Pracovní hypotéza 3:

Předpokládá se posílení negativního vlivu reálného prostředí na koeficient odporu z důvodu zvýšení intenzity turbulence. Úhel naproudění však s rostoucí rychlostí klesá.

​

4

http://http://automotiveengineering.online/

Postup disertační práce

Aktuální stav:

Simulace vozu Golf VII v aerodynamickém tunelu SWG s aktivními i pasivními generátory turbulence.

URANS simulace:

- koeficient aerodynamického odporu nadhodnocen (předpokládáno)

- hodnoty intenzity turbulence nedostatečné

DDES simulace:

- problém nadhodnoceného koeficientu přetrvává

- možné příčiny: nesoulad geometrie experimentu a simulace, vliv měřítkového modelu

​

Cíle pro rok 2024:

- dosažení hodnot experimentu

-řešení: použití jiného stěnového modelu

validace na geometrii vozu Škoda

- vliv turbulentního proudění na jednotlivé části vozu

5

http://http://automotiveengineering.online/

Jaký bude přínos tzv. bílé místo DP

• Dosavadní metody používané pro vývoj externí aerodynamiky vozu nezohledňují reálné proudění, ve kterém se vůz nachází při skutečné jízdě.

​

• Cílem vývoje ekologicky čistšího vozidla je nejen splnění emisních limitů vozu při laboratorních zkouškách, ale dosažení těchto hodnot v reálném provozu.

​

• Aerodynamické prvky vozu musí zlepšovat jeho charakteristiku nejen v aerodynamickém tunelu, ale i při provozu na komunikaci. Použití nové metodiky pomůže určit směr dalšího vývoje externí aerodynamiky vozu.

​

• Požadavek Škody Auto na výzkum v této oblasti souvisí s neustále rostoucím podílem numerických simulací na vývoji vozu. Zvyšující se výpočetní výkon umožňuje aplikovat sofistikovanější turbulentní modely a složité okrajové podmínky.

6

http://http://automotiveengineering.online/

Aktualizovaný plán studia

Časový plán studia

Termíny složení zkoušek:

- Složeny všechny zkoušky

​

Termín odevzdání pojednání k Státní doktorské zkoušce:

- Pojednání k SDZ odevzdáno do 1.12.2023

​

Termín Státní doktorské zkoušky:

- Složena dne 16.5.2024

​

Termín zahraniční stáže:

- 2023/09 CEEPUS, University of East Sarajevo, Faculty of Mechanical Engineering

​

Termín odeslání článku do redakce článku nutného k obhajobě disertační práce:

- do 1.3.2024

​

Termín odevzdání disertační práce:

- 1.12.2024

8

http://automotiveengineering.online/

Publikace

Seznam publikací

Připravovaná publikace:

Metody modelování turbulentního proudění ve větrných tunelech/ Methods of Turbulent Flow Simulation in Wind Tunnels

​

Připravovaná publikace – recenzní řízení:

Polymeric Hollow Fibre Heat Exchanger for Reducing Vehicle CO2 Pollution���

10

http://http://automotiveengineering.online/

Zapojení do projektů a výuky

Seznam projektů

Aktivní projekty:

• Škoda Auto- doktorandský program
• Měření v aerodynamických tunelech AAWK, FKFS
• Snížení energetické náročnosti v dopravě manipulací proudového pole – TAČR Doprava 2020+

​

Plánované projekty:

• Měření v aerodynamických tunelech AAWK,FKFS, VW
• Měření na testovacích polygonech

​

​

​

12

http://http://automotiveengineering.online/

Zapojení do výuky

• Výuka:
• 2023/2024 QA0 – výuka v sw Catia, koncepční návrh automobilu

QEM – příprava a realizace cvičení

​

• Vedení bakalářských/diplomových prací:
• 2023/2024 Aerodynamické prvky osobních automobilů (bakalářská práce)

​

• Hodnocení bakalářských/diplomových prací:
• 2023/2024 Vizualizace rychlostního pole za chladicím ventilátorem osobního automobilu (diplomová práce)

​

• Vypsaná témata závěrečných prací:
• 2023/2024 Optimalizace plexi štítu motocyklu (bakalářská práce)
• 2023/2024 Aerodynamické prvky osobních automobilů (bakalářská práce)

13

http://http://automotiveengineering.online/

Děkuji za pozornost

Jan Vondruš�Vysoké učení technické v Brně

Fakulta strojního inženýrství

Ústav automobilního a dopravního inženýrství

Technická 2

616 69 Brno

Česká republika