Déjouer la traînée grâce à SOLIDWORKS Flow Simulation

Imaginez une chaude journée d'été, alors que vous roulez sur l'autoroute et que votre air climatisé tombe en panne. Que faire ? Baisser les vitres pour faire circuler l'air. Mais maintenant, avec tout cet air qui circule dans l'habitacle, quel est l'impact sur la consommation d'essence ? En matière d'aérodynamisme, des changements apparemment insignifiants peuvent avoir un effet significatif sur la traînée et la consommation de carburant. Dans cet article,Simulation SOLIDWORKSCela permettra de déterminer l'impact des différentes configurations de fenêtres sur une berline standard (fermées, partiellement ouvertes ou complètement ouvertes, etc.) sur la traînée globale. En comparant ces scénarios, on peut comprendre comment les variations de traînée de votre voiture peuvent se traduire directement en différences de consommation de carburant.

Dans cet exemple, j'ai un modèle de voiture simple construit à l'échelle. Comme je m'intéresse uniquement aux variations relatives des forces de traînée et de frottement, je n'ai pas besoin de beaucoup de détails dans mon modèle.

Ensuite, je vais créer des configurations des différentes positions des fenêtres (par exemple, toutes fermées, toutes ouvertes, etc.).

Maintenant que j'ai terminé le modèle, je peux passer à l'étude. L'assistant de configuration de SOLIDWORKS Flow Wizard vous guide à travers tous les paramètres. Pour ce test, j'ai utilisé l'IPS (po-lb-s). Mes unités pourVitesse étais mi/h, et Force de traînée était réglé surlivres (lbs).

Le type d'analyse est défini sur Flux externe.

Étant donné que je traite cela comme un lecteur normal, le fluide par défaut a été réglé sur Air (gaz) avec un flux laminaire et turbulent.

Pour simuler la conduite sur l'autoroute, j'ai fixé la vitesse de déplacement de toutes les configurations à -65 mi/h dans la direction Z. La vitesse étant un vecteur, sa composante directionnelle est contrôlée par une valeur positive/négative.

Maintenant que les paramètres préliminaires sont entrés, je peux passer à la configuration réelle de l'étude de flux.

Ici, je vais établir un domaine de calcul (l'espace où les conditions d'écoulement sont calculées).

Pour simplifier, j'extrairai seulement les forces de direction Z (traînée et frottement du vent) qui agissent sur les surfaces surlignées en bleu. Je peux donc laisser les forces en X et Y décochées.

Remarque:Il est important de sélectionner les mêmes surfaces pour chaque configuration que vous exécutez dans Flow afin d'obtenir la comparaison la plus précise.

Finalement, je dois établir un maillage global de base. Ici, le niveau de précision est fixé à 5. Un niveau plus élevé pourrait améliorer la précision des résultats globaux. Cependant, le temps de résolution augmenterait ; une valeur de 5 devrait donc permettre de trouver un équilibre.

Après avoir appliqué la même configuration pour chacune des 10 configurations, examinons les résultats. La valeur de traînée totale de mon analyse correspond à la somme des forces de traînée et de frottement moyennes (dans la direction Z négative).

Tout fermé

Un calcul manuel utilisant l'équation de la force de traînée montre que les résultats de Flow sont raisonnables.

F_d = .5 · C_d· p · A · v²~-73,69 lbf

Discussion

Comme prévu, la force de traînée la plus faible se produit lorsque toutes les fenêtres sont fermées :-66,03 lb. Je m'attendais aussi à ce que la plus grande traînée se produise quand toutes les fenêtres sont ouvertes, mais ce n'est pas le cas. La plus grande traînée se produit lorsque leConducteur avant et les deux arrièreles fenêtres sont ouvertes :-73,46 lb. Bien que la différence soit petite entre les configurations DFBRO et Tout ouvert, c'est encore un résultat inattendu. Il semble aussi que les vitres arrière ouvertes contribuent davantage aux forces de traînée que les vitres avant.

Selon une règle empirique de l'industrie automobileLes forces de traînée agissant sur un véhicule roulant entre 55 et 75 mi/h correspondent étroitement à la consommation de carburant correspondante. Par exemple, l'augmentation en pourcentage de la force de traînée la plus faible à la plus élevée sur notre modèle d'essai roulant à 65 mi/h est d'environ11,25 %.Cela signifie que la consommation de carburant augmente aussi d'environ 11,25 % dans la configuration DFBRO.

Finalement, il convient de souligner que la force de traînée varie aussi en fonction de la vitesse d'une voiture. Les données suivantes ont été générées par SOLIDWORKS Flow Simulation à l'aide de laTout ferméconfiguration du modèle :

Selon ces données, l'augmentation de la vitesse de 65 à 75 mi/h augmente considérablement la traînée.33,6 %Ce qui correspond à peu près au même pourcentage de consommation de carburant. Pour mettre les choses en perspective, si votre voiture consomme 30 milles au gallon, sa consommation chuterait à environ 22 milles au gallon dans ce scénario. Cela a du sens si l'on considère que l'équation de traînée indique une relation exponentielle entre la force de traînée et la vitesse.

F_{d ~ v²}

En tirant profitSimulation SOLIDWORKSNous avons découvert comment la force de traînée varie selon la configuration des véhicules et comment ces changements affectent directement la consommation de carburant. Bien qu'il s'agisse d'une approche simplifiée, j'espère que cet article a apporté des éclairages intéressants et mis en évidence l'intérêt d'utiliser SOLIDWORKS Flow pour des projets ludiques comme celui-ci.

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