Список выполненных НИОКР

Проектирование, рациональная оптимизация и численное моделирование (CFD-анализ) и оценка эффективности работы устройства для снижения аэродинамического сопротивления тягача с трейлером (2007 г.)

Отрасли промышленности:
Ключевые слова Грузоперевозки, тягач, трейлер, внешняя аэродинамика, обтекание воздушным потоком (streaming), вихрегенераторы, проектирование, рациональная оптимизация, CFD-анализ, аэродинамическое сопротивление, снижение аэродинамического сопротивления, экономия топлива при грузоперевозках; метод конечных объемов, DHP*C - Distributive High Productivity Computing на основе CompMechLab-концепции, 26 млн ячеек
Программное обеспечение ANSYS ICEM CFD, ANSYS/CFX Parallel
Период проведения 2007 г.

Лабораторией «Вычислительная механика» (CompMechLab) СПбГПУ в 2007 году были выполнены многовариантные расчеты пространственного обтекания грузового автомобиля с прицепом (типа Mercedes Actros) с целью исследования эффективности работы специальных устройств (вихрегенераторов), предназначенных для снижения аэродинамического сопротивления.

В работе была построена пространственная геометрическая модель тягача и трейлера с установленными на боковой поверхности обтекателей вихрегенераторами.

Streaming_CFD-analysis_ANSYS-CFX_3-D_Model_Fig.1

Рис. 1. Пространственная геометрическая модель тягача и трейлера с установленными на обтекателях вихрегенераторами

Вихрегенератор представляет собой элемент со сложной геометрической формой, при проектировании которого используется до 10-ти параметров конструирования, численные значения которых определяются в результате рациональной оптимизации на основе многовариантного CFD-анализа.

Вихрегенератор затем крепится на поверхности традиционного обтекателя (возможные варианты реализации - склейка, штамповка).

Streaming_CFD-analysis_ANSYS-CFX_3-D_Model_Fig. 2.1

Streaming_CFD-analysis_ANSYS-CFX_Fig. 2.2

Рис. 2. Геометрическая модель и принцип работы вихрегенератора

Основной целью применения подобного устройства является создание направленных в сторону прицепа вихрей, создающих "преграду" для проникания потоков воздуха при обтекании автомобиля в "зазор" между кабиной тягача и трейлером.

Для выполнения CFD-анализа с помощью сеточного генератора ANSYS ICEM CFD была построена конечно-объемная модель (применен метод конечных объемов)  воздушного пространства, окружающего трейлер с прицепом.

Конечно-объемная модель содержит примерно 26 миллионов ячеек. В расчетах была использована SST-модель турбулентности.

Расчет проводился при помощи многопроцессорной версии программной системы численного моделирования, предназначенной для решения задач гидро-/ аэро-/газо- динамики,  - ANSYS/CFX.

Все расчеты были выполнны в рамках CompMechLab CAD/FEA/CFD/CAEDHP*C–среды распределенных вычислений, основанной на проблемно-ориентированных специально генерируемых и произвольно масштабируемых вычислительных кластерах, построенных с помощью распределенных неоднородных вычислительных и телекоммуникационных ресурсов и являющуюся оптимальной по критерию “цена – качество”.

Streaming_CFD-analysis_ANSYS-CFX_3-D_Finite Volume Model_Fig.3

Рис. 3. Фрагменты конечно-объемной модели на поверхности обтекаемых тел
(общее число конечных объемов ~ 26 млн ячеек)

В рамках проведенных исследований кроме рациональной оптимизации формы вихрегенератора были выполнены следующие серии расчетов:

1. Численное моделирование лобового обтекания грузового автомобиля с прицепом потоком воздуха и исследование влияния установленных вихрегенераторов на общее аэродинамическое сопротивление

 

Streaming_CFD-analysis_ANSYS-CFX_Results_Fig. 4

Рис. 4. Лобовое обтекание 

2. Численное моделирование бокового обтекания грузового автомобиля с прицепом потоком воздуха и исследование влияния установленных вихрегенераторов на общее аэродинамическое сопротивление

Streaming_CFD-analysis_ANSYS-CFX_Results_Fig. 5

Рис. 5.  Боковое обтекание

Проведенные расчеты показали, что использование спроектированных вихрегенераторов эффективно как при лобовом, так и при боковом обтекании тягача с трейлером воздушным потоком.

Так, например, при боковом обтекании тягача с трейлером  уменьшение аэродинамического сопротивления может достигать ~10%.

Проведенные за рубежом экспериментальные исследования подтвердили результаты CFD-анализа, выполненного в CompMechLab.