Numerical investigation of the effect of lateral displacement on the aerodynamics of rotating wheels

One of the biggest challenges of current and future decades is to limit the impact of human activities on the environment. In the automotive world, this means to improve the energy efficiency of a vehicle. Reducing aerodynamic drag has always been one of the main focuses in car design, especially to improve the performance of sports vehicles. The objective of this work is to deepen the knowledge of a detail that has been almost completely ignored: the effect of the lateral displacement of the wheel inside and outside the wheelhouse. The study of the interaction between rotating wheel and car body is particularly complicated because of the nature of the flow generated in that area, characterized by strong adverse pressure gradients and flow separation. For this reason, even the smallest detail can have important consequences on the overall aerodynamics of the car. In the course of this work, only numerical simulations were carried out using the open-source CFD software OpenFOAM. Due to the complicated nature of the flow, a progression through several steps was necessary before being able to define the right setup that would lead to a convergence of results without numerical errors. In addition to OpenFOAM, CAD software SolidWorks was used to manipulate the wheel geometry, and Microsoft Excel and Paraview were used for the post-processing of the data. The reference vehicle used is the DrivAer, developed at the aerodynamics department of the Technical University of Munchen (TUM). The tires used are not those provided with the DrivAer, but tires supplied by for the development of numerical methods carried out in previous thesis, both in a slick version and with longitudinal grooves.

Una delle più grandi sfide di questo decennio e di quelli futuri è limitare l’impatto delle attività umane sull’ambiente. Nel mondo automobilistico questo si traduce nel concetto di efficienza energetica. Ridurre la resistenza aerodinamica è sempre stato uno dei focus principali nel progetto di un’automobile, soprattutto per migliorare le prestazioni dei veicoli sportivi, e proprio per questo motivo, si è già arrivati ad un livello eccellente in questo campo. L’obiettivo di questo lavoro è quello di approfondire la conoscenza di un dettaglio che, ad oggi, è stato quasi del tutto ignorato: l’effetto dello spostamento laterale della ruota all’interno del passaruota. Lo studio dell’interazione tra ruota e corpo dell’automobile è particolarmente complicato a causa della natura del flusso che si genera in quella zona, caratterizzato da forti gradienti di pressione avversi e separazione del flusso. Proprio per questo motivo anche il minimo dettaglio può avere consegunze importanti sull’aerodinamica generale del veicolo. Nel corso di questo lavoro sono state svolte esclusivamente simulazioni numeriche tramite il software CFD open-source OpenFOAM. A causa della natura particolarmente complicata del flusso è stato necessaria una progressione attraverso diversi step prima di riuscire a definire il giusto setup che portasse ad una convergenza dei risultati priva di errori numerici. Oltre ad OpenFOAM è stato utilizzato il software CAD SolidWorks per manipolare la geometria della ruota, Microsoft Excel e Paraview per la fare di Post elaborazione dei dati. Il veicolo di riferimento utilizzato è il DrivAer, sviluppato presso il dipartimento di aerodinamica della Technical University of Munchen (TUM). I pneumatici utilizzati non sono quelli in dotazione al DrivAer, ma pneumatici forniti da Pirelli & C. S.p.a. per lo sviluppo di metodi numerici svolto in precedenti tesi, sia in versione liscia, sia con intagli longitudinali.