Aerodynamics of automobiles : CFD analysis of rotating wheels on a notchback road car

It is well known worldwide the necessity to save energy nowadays. The automotive industry has spent a great effort to make more efficient vehicles in terms of energy consumption. The aerodynamic optimization of vehicles can contributes for this achievement. The tools used by automotive industry and universities on this research are mainly wind tunnels for experiments and CFD simulations. The Technical University of Munich (TUM) together with BMW and Audi AG developed the DrivAer model. It is a standard CAD model with a detailed topology of a road car and they provided the experimental data available for all researchers. On this thesis, it has been evaluated the impacts of rotating wheel on the aerodynamic of a notchback DrivAer model with different wheel assembly configurations. The wheel assembly with the wheelhouse contributes up 25 % of the drag of a road car. Therefore an important effort can be done on aerodynamic optimization of wheels and many setup approaches have been studied and tested by researchers. The objective of this project is evaluate the CFD simulation of a notchback DrivAer model, using an open rim, a close rim, a slick tire, a rain tire and the detailed tires with passing and on passing lateral grooves. The case has been simulated as a steady-state case. In order to simulate the rotation of the open rim wheel, the MRF method was implemented for rim spokes and for lateral grooves with the MRFg approach The evaluation is done in terms of drag, pressure and total pressure coefficients as well flow field. The validation was done from comparatives from experiments of notchback DrivAer model. The software used for the CFD simulations was OpenFOAM v2106.

È ben nota in tutto il mondo la necessità di risparmiare energia al giorno d’oggi. L’industria automobilistica ha speso un grande sforzo per rendere i veicoli più efficienti in termini di consumo energetico. L’ottimizzazione aerodinamica dei veicoli può contribuire a questo risultato. Gli strumenti utilizzati dall’industria automobilistica e dalle università in questa ricerca sono principalmente gallerie del vento per esperimenti e simulazioni CFD. L’Università tecnica di Monaco (TUM) insieme a BMW e Audi AG ha sviluppato il modello DrivAer. Si tratta di un modello CAD standard con una topologia dettagliata di un’auto stradale e hanno fornito i dati sperimentali disponibili per tutti i ricercatori. In questa tesi, si valutano gli impatti della rotazione della ruota sull’aerodinamica di un modello tre volumi DrivAer con diverse configurazioni del gruppo ruota. Il gruppo ruota con la timoneria contribuisce al 25% della resistenza aerodinamica di un’auto stradale. Pertanto uno sforzo importante può essere fatto sull’ottimizzazione aerodinamica delle ruote e molti approcci di configurazione sono stati studiati e testati dai ricercatori. L’obiettivo di questo progetto è valutare la simulazione CFD di un modello tre volumi DrivAer, utilizzando un cerchio aperto, un cerchio chiuso, una gomma slick, una gomma da pioggia e le gomme dettagliate con scanalature laterali passanti e passanti. Il caso è stato simulato come caso stazionario. Per simulare la rotazione della ruota a cerchio aperto, è stato implementato il metodo MRF per le razze del cerchio e per le scanalature laterali con l’approccio MRFg La valutazione viene effettuata in termini di coefficienti di resistenza, pressione e pressione totale nonché campo di flusso . La convalida è stata effettuata dai confronti degli esperimenti del modello DrivAer notchback. Il software utilizzato per le simulazioni CFD era OpenFOAM v2106.