Aerodynamic and thermal modelling of ventilated disc brakes by conjugate heat simulations in OpenFOAM

This thesis is intended to the realization of a CFD model that reproduces the behavior of a test bench for braking systems located at the University of Bergamo in Dalmine. The test rig is used by the company Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes (BSCCB) to conduct studies on CCM self-vented brake discs for highperformance road cars, in a facility as much as possible similar to a moving vehicle. Ceramic Composite Material (CCM) discs are produced with a core of ceramic material reinforced with carbon fiber. The request from BSCCB was the development of a numerical tool able to conduct heat transfer simulations on a wide range of brake disc operating in different conditions in terms of rotational speed, temperatures and airflow delivered. The chosen methodology reflects an open-source philosophy. The whole project was conducted through the use of free software, which allows the user not to face expensive license costs: Python scripts, OpenFOAM as CFD software, ParaView for data visualization and SALOME for CAD files processing. All these software are available in a Linux open-source environment.

Questa tesi è finalizzata alla realizzazione di un modello CFD che riproduca il comportamento di un banco prova per impianti frenanti sito presso l’Università degli Studi di Bergamo a Dalmine. Il banco prova viene utilizzato dalla società Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes (BSCCB) per condurre studi su dischi freno autoventilati per auto stradali ad elevate prestazioni, in condizioni il più possibile simili a quelle di un veicolo in movimento. I dischi, realizzati in CCM (Ceramic Composite Material), sono prodotti con un nucleo di materiale ceramico rinforzato con fibra di carbonio. La richiesta di BSCCB è quella di sviluppare uno strumento numerico in grado di condurre simulazioni di scambio termico su un’ampia gamma di dischi freno in differenti condizioni operative, sia in termini di velocità di rotazione che di temperatura e di flussi d’aria forniti ai dischi. La metodologia scelta riflette una filosofia open-source. L’intero progetto è stato realizzato tramite l’utilizzo di software libero, che consente all’utente di non affrontare onerosi costi di licenza: script Python, OpenFOAM come software CFD, ParaView per la visualizzazione dei dati e SALOME per l’elaborazione dei file CAD. Tutti questi software sono disponibili in ambiente Linux.