آیرودینامیک کامیون، تأثیر وجود باربر، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (کامیون)

هدف از این پروژه، شبیه سازی عددی آیرودینامیک کامیون با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) و بررسی تأثیر وجود باربر می‌باشد.

آیرودینامیک (aerodynamic) علمی است که به مطالعه اجسام متحرک در هوا یا جریان هوا در اطراف اجسام می‌پردازد. هنگامی که جریان هوا با سرعت معینی از یک جسم عبور می‌کند، اثرات متفاوتی روی آن جسم می‌گذارد.

این اثرات شامل نیروهای آیرودینامیکی، لایه‌های مرزی و نویز می‌شود. برای محاسبه پارامترهای آیرودینامیکی، معادلات حاکم سیال مانند معادله ناویر-استوکس (Navier-Stokes) در دینامیک سیالات محاسباتی باید به صورت عددی مورد مطالعه قرار گیرد.

آیرودینامیک بخشی از مکانیک است که در طراحی خودرو بسیار مهم است. این علم در هنگام طراحی یک کامیون اهمیت بیشتری دارد. چون این خودروها وزن بیشتری دارند، باید مقاومت هوا در حرکت آنها تا حد امکان کاهش یابد تا حرکت رو به جلوی بهتری داشته باشند. نیروی پسا (drag) به معنای مقاومت هوا در برابر حرکت رو به جلو است و یکی از مهمترین نیروهایی است که باید مورد توجه قرار گیرد.

شبیه‌سازی آیرودینامیکی CFD کامیون و محاسبه نیروی پسا به ما کمک می‌کند تا پیش‌بینی خوبی از نیروهای مختلف، به‌ویژه نیروی پسا در اطراف کامیون داشته باشیم. این امر به طور مستقیم بر مصرف سوخت کامیون تأثیر می‌گذارد و بنابراین، از دیدگاه انرژی و محیط زیست مهم است.

در این گزارش، نتایج پروژه برای بحث، تحلیل و نتیجه‌گیری ارائه می‌شود. این پروژه با هدف بررسی و تجزیه و تحلیل نیروی پسا روی کامیون و مقایسه آن در دو حالت شامل دارای باربر (container) و بدون باربر می‌باشد.

توضیحات هندسه، مش بندی، شرایط مرزی، خواص سیال، معیار Y+ و نتایج به ترتیب آورده شده است. در هر دو حالت، پارامترهای سرعت، فشار و نیروی پسا مورد بررسی قرار می‌گیرد و بهترین حالت ممکن را از نظر کاهش پسا معرفی می‌کنیم.

ابتدا هندسه کامیون در نرم افزارهای سالیدورک (Solidworks) و دیزاین مدلر (Design Modeler) طراحی شده است.

سپس هندسه با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی شده است. برای مش بندی، ابتدا از روش مثلثی (tetrahedral) استفاده کرده و سپس به حالت چندوجهی (polyhedral) تبدیل می‌کنیم. تعداد سلول‌های تولیدی در دو حالت مذکور (با باربر و بدون باربر) برابر 3404174 و 5536973 است.

روش‌های استفاده شده

این مدل در دسته بندی جریان‌های خارجی (external flow) قرار می‌گیرد. سرعت جریان هوای آزاد معادل 10 متربرثانیه است.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، به بررسی نتایج پرداختیم. در جدول زیر، مقدار پارامترهای مختلف را در دو حالت دارای باربر و بدون باربر مشاهده می‌کنید.

شکل زیر نمودار Cp را در خط مرکزی کامیون بر حسب موقعیت مکانی در راستای X نشان می‌دهد.

شبیه سازی و بررسی جریان با مقایسه دو حالت کامیون دارای باربر و بدون باربر انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که نیروی پسا در غیاب باربر کمتر از حضور آن است. این بدین معناست که بهتر است کامیون را بدون باربر حرکت دهید. البته اگر مسأله به صورت موضعی در دو قسمت پشت کامیون و پشت باربر انجام شود، وجود باربر باعث تأخیر در جدایش جریان در پشت کامیون می‌شود.

از طرف دیگر، تأخیر در جدایش باعث می‌شود که جریان از انتهای باربر به دلیل زاویه کوچک‌تر نسبت به لبه سقف کامیون جدید، باعث درگ کمتری شود. تصاویر مربوط به خطوط جریان در پشت کامیون و پشت باربر نشان می‌دهد که شدت گردابه‌ها از زاویه لبه بالایی کامیون در عقب کامیون در حالت کامیون خالی موثر است. این نتیجه را می‌توان در نمودار ضریب فشار برای مقایسه این دو نیز مشاهده کرد.