A novel approach for rotating wheel aerodynamics based on the overset method in OpenFOAM

Wheels contribute to approximately to 25% of the aerodynamic drag in passenger cars. However the deformation, the rotation and the contact with the ground makes wheels modelling very challenging. The current state of the art does not allows to treat all the mentioned aspects at the same time. The present work aims to develop an innovative method to model wheel rotation based on the overset technique. The intent is to improve the actual state of the art by developing a method which would allow to actual rotate the wheel, even if it is in contact with the ground. A modification of the OpenFOAM source code has been carried out in order to allow the overset method to suit cases like a wheel in contact with the ground. To do this, an in-depth study of the code regarding the overset method has been necessary. A new OpenFOAM library has been created, called outInverseDistance as an extention of the already available inverseDistance. At the end, a validation has been carried out for a simple 3D cylinder. Despite some drawbacks, as first approach, the results turned out to be very promising. Moreover, the developed method still has great room for improvements.

Le ruote contribuiscono a circa il 25% della resistenza aerodinamica nelle autovetture. Tuttavia la deformazione, la rotazione ed il contatto con il suolo ne rendono molto complessa la modellazione. L'attuale stato dell'arte non consente di trattare tutti gli aspetti appena citati allo stesso moemnto. Il presente lavoro mira a sviluppare un metodo innovativo per modellare la rotazione delle ruote basato sulla tecnica dell'overset. L'intento è quello di migliorare l'attuale stato dell'arte sviluppando un metodo che permetta di ruotare effettivamente la ruota, anche se è a contatto con il suolo. È stata apportata una modifica al codice sorgente di OpenFOAM per consentire al metodo overset di adattarsi a casi come una ruota a contatto con il suolo. Per fare ciò si è reso necessario uno studio approfondito del codice relativo al metodo overset. Come risultato, è stata creata una nuova libreria chiamata outInverseDistance, come un'estensione della già disponibile inverseDistance. Infine è stata effettuata una validazione considerando un semplice cilindro 3D, le cui dimensioni sono simili a quelli di una ruota. Nonostante alcuni inconvenienti, come primo approccio, i risultati si sono rivelati molto promettenti. Inoltre, il metodo sviluppato ha ancora ampi margini di miglioramento.