Influence of wheels on car aerodynamics and numerical investigation through an LBM code

With todays and future environmental legislations for CO2 and other emission gases, all vehicle manufacturers are forced to further develop tools and methods to make their vehicles more energy efficient and environmentally friendly. One option to achieve this is to reduce the aerodynamic resistance since it is the major cause on the vehicle fuel consumption, especially for velocities higher than 100 km/h. Several ethods can be used to assess the aerodynamic performance of passenger cars. Numerical simulations has evolved considerably over the last decades, the growing computational capacity and increasing general knowledge on the methods in context allow the vehicle manufacturers to advance even further in the development of their products. Hence, some effects, phenomena and processes, not accounted for earlier, can be studied horoughly today. This work, within Exa Corporation, aims to study the flow around the wheels of a passenger car and understand how much the geometry of the rims can impact on the drag force coefficient of the complete car. The study, performed with PowerFLOW, which implements a discrete version of the Boltzmann equation, is based on the comparison of two different rim geometries, neglecting the inner flow of the car and focussing only on the external aerodynamics.

Con le attuali e future leggi ambientali mirate alla regolamentazione delle emissioni di CO2 e di altri gas inquinanti, i produttori automobilistici sono spinti a sviluppare nuove tecnologie atte a rendere le autovetture sempre più efficienti energicamente ed ecologicamente. Dal momento che la resistenza aerodinamica rappresenta la quota predominante nella resistenza complessiva di un veicolo, per velocità superiori a 100 km/h, la riduzione di questa componente diventa fondamentale al fine di migliorare l'efficienza energetica. Fra le varie possibilità per valutare le performance aerodinamiche di una berlina, spiccano le simulazioni numeriche. La crescita esponenziale delle capacità di calcolo dei computer unita allo sviluppo di metodi numerici sempre più efficienti, hanno indotto le case automobilistiche ad affidarsi sempre di più alla fluidodinamica computazionale. Di conseguenza, fenomeni fisici, processi ed effetti che negli anni passati non si potevano considerare, possono essere studiati approfonditamente ai giorni d'oggi. Questo lavoro, svolto presso Exa Corporation, mira allo studio del flusso che circonda le ruote di una berlina e alla comprensione di quanto la geometria dei cerchioni influenzi il coefficiente di attrito aerodinamico dell'intera vettura. Lo studio, svolto mediante l'utilizzo di PowerFLOW, il quale implementa una versione discreta dell'equazione di Boltzmann, è basato sulla comparazione fra due differenti tipologie di cerchioni, non considerando il flusso interno all'automobile, ma concentrandosi solo sull'aerodinamica esterna.