Novel methodologies of CFD in the automotive industry using a Lattice Boltzmann Code

The prediction of cars’ emissions is a topic that raises increasing interest among Computational Fluid Dynamics companies. With the advent of the new procedure for testing cars’ emissions, the Woldwide harmonized Light vehicle emissions Test Procedure method, it will be necessary to verify that the emission levels are conform to the newly established regulation for all possible car configurations. Hence, because of their high amount, it will be impossible to test them all in a wind tunnel, given the significant cost and the very long required time to prepare the prototype to be tested. In order to solve this issue, the future regulation allows the use of Computational Fluid Dynamics software to simulate the majority of the car configurations. Although the changes applied to the car seem to be insignificant, they might have an important impact on the car’s aerodynamics. By consequence, Computational Fluid Dynamics software developers need to review their best practices to fit in the requirement of high accuracy, reducing simultaneously the necessary simulation time. This work, within EXA Corporation, aims to improve the accuracy of the current best practice for the study of SUV-alike vehicles, based on the validation of a complete car model using PowerFLOW, which implements a discrete version of the Boltzmann equation. The study is based on a single driving situation, using some of the possible car configurations, neglecting the inner flow of the car and focussing only on the external aerodynamics and on the flow inside the engine bay. Furthermore, several wheel models will be used in order to assess their impact on the car’s aerodynamics.

La predizione delle emissioni degli automobili è un argomento che sempre più intriga le compagnie di fluidodinamica numerica. Con l’avvento della nuova metodologia di misurazione delle emissioni, la Woldwide harmonized Light vehicle emissions Test Procedure, sarà necessario verificare che i livelli di gas prodotti siano conformi con la norma per tutte le possibili configurazioni di un automobile. Dato il loro elevato numero, sarà dunque impossibile provarle tutte in una galleria del vento, sia per il notevole costo, che per l’elevato tempo richiesto per la preparazione del prototipo da provare in una galleria del vento. Per ovviare a questo problema, la futura normativa permetterà l’uso di software di fluidodinamica numerica per simulare la maggior parte delle configurazioni di un veicolo. Pur trattandosi certe volte di leggeri cambiamenti nel design dell’automobile, l’impatto sull'aerodinamica dell’auto è altro che trascurabile. Di conseguenza, le aziende di fluidodinamica numerica, devono rivedere le loro pratiche in modo da rispettare l’elevato grado di accuratezza necessario, diminuendo allo stesso momento il tempo di simulazione richiesto. Questo lavoro fatto presso EXA Corporation ha lo scopo di migliorare l’accuratezza delle esistenti regole di buona pratica per lo studio di veicoli di tipo SUV, basandosi sulla convalida di un modello completo di un automobile, usando il programma PowerFLOW, che implementa una versione discreta della metodologia Lattice Boltzmann. Lo studio sarà svolto su un’unica situazione di guida, usando alcune delle possibili configurazioni di un’auto, trascurando il flusso interno alla cabina e concentrandosi unicamente sulla parte di aerodinamica esterna e sul flusso intervallano del cofano motore. Inoltre, saranno usati diverse metodologie di modellazione delle ruote, in modo da osservare l’impatto che il modello di ruote ha sull'aerodinamica del veicolo.