W poprzedniej części artykułu (wydanie 1/2.2013) opisany był proces przygotowania geometrii i generacji siatki na przykładzie samochodu Arrinera Hussarya. Teraz omówione zostaną ustawienia związane z samą definicją modelu przepływu. Szczególna uwaga zostanie poświęcona modelowaniu turbulencji, które decyduje o dokładności uzyskanych podczas symulacji wyników.
Adam Piechna
Rozpocznę od kilku potrzebnych truizmów: samochód jadąc rozcina nieruchome najczęściej powietrze i zaburza jego stan. Powietrze jako lepki płyn stawia opór i oddziałuje na samochód. Chcemy odtworzyć tę sytuację aby uzyskać informacje o siłach działających na samochód i o przebiegu linii prądu. Dokładne odwzorowanie tej sytuacji podczas eksperymentu, zarówno klasycznego jak i numerycznego, byłoby co najmniej kłopotliwe. Dlatego też wykorzystuje się zasadę względności ruchu i zamiast poruszać samochód lub jego model, wymuszany jest ruch powietrza, które ma go opływać. Z punktu widzenia osoby siedzącej w aucie to właśnie powietrze opływa samochód. Zastanowienia wymaga jednak sposób potraktowania podłoża, na którym znajduje się pojazd. Umieszczając samochód lub jego model w tunelu aerodynamicznym na nieruchomym podłożu dokonujemy pewnego uproszczenia. Na nieruchomym podłożu powstaje warstwa przyścienna, która wpływa na przepływ powietrza pod samochodem.
Rys. 1 Szacunkowe wartości rozmiaru elementów powierzchniowych dla modelowania RANS z funkcją ścianki. Szacunkowe rozmiary siatek dla modeli symetrycznych: 2-5 mln dla siatek zgrubnych (y+ 300), 5-10 mln dla siatek średnich (y+ 150), 10+ mln dla siatek dokładnych (y+30). Przy bezpośrednim modelowaniu warstwy przyściennej (y+ 1) wielkości siatki dochodzą do 100+ mln elementów.
Dlatego też podczas klasycznych eksperymentów w tunelu aerodynamicznym stosuje się często ruchome podłoże (najczęściej jest to ruchoma taśma na układzie rolek) lub też (częściej – w przypadku modeli w małej skali) umieszcza się podwójny model samochodu z płaszczyzną symetrii na wysokości miejsca styku opon z potencjalnym podłożem. Podczas symulacji komputerowej definiujemy warunek ruchomej ścianki na brzegu reprezentującym jezdnię. Pozostałe warunki brzegowe nie wymagają specjalnego komentarza. Maksymalne prędkości samochodów Formuły 1 sięgają 350 km/h, co odpowiada liczbie Macha na poziomie 0.3. Pomijając maszyny służące do bicia rekordów prędkości na słonych jeziorach, w symulacjach opływów pojazdów powietrze traktuje się jako płyn nieściśliwy. Najbardziej praktycznym warunkiem wlotowym w takiej sytuacji jest stała prędkość na wlocie do domeny obliczeniowej, lub też, w przypadku występowania wiatru bocznego, odpowiedni profil prędkości. Stosowane warunki wylotowe to przyjęcie stałego ciśnienia równego ciśnieniu atmosferycznemu. Kształt obszaru obliczeniowego to najczęściej prostopadłościan. Niezwykle istotne są jego rozmiary. Musi być odpowiednio duży aby warunki brzegowe nie zaburzały przepływu wokół samochodu. Sugerowane minimalne rozmiary to: pięć długości samochodu z przodu, piętnaście z tyłu, dziesięć wysokości samochodu w górę i pięć szerokości samochodu po bokach.
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 11 (74) listopad 2013
