Numerical analysis of airbreather and aircurtain on a DrivAer model

Abstract This project is centered around studying how a car's interaction with the surrounding air can be optimized to reduce fuel consumption by minimizing aerodynamic drag. To achieve this goal, various passive and active flow control techniques are explored. The primary focus of this project is to achieve drag reduction through the implementation of passive devices like air curtains and air breathers. These devices are integrated into the DrivAer reference model, which serves as a representation of typical bluff body vehicles. The design work for the model is carried out using SolidWorks software. The passive flow control involves adding an air curtain in front of the front wheel of the DrivAer body and attaching an air breather to the rear of the front wheel. The longitudinal flow momentum generated by the vehicle's front body results in a high-pressure zone near the front wheels. By directing this high-pressure flow towards the wake zone, the air curtain reduces the size of the wake, while the air breather helps to mitigate turbulent vortices generated by the wheels. These actions contribute to smoothing the airflow and keeping it attached to a larger portion of the vehicle's surface, ultimately reducing pressure drag. To analyse the effectiveness of this passive flow control method, numerical simulations are conducted using the CFD OpenFOAM software. The optimal configuration is determined through numerical analysis, showing a potential drag reduction of up to 6%. Subsequently, the selected model, without wheels is analysed to quantify the specific contribution of the wheels to the overall drag reduction.

Abstract in Italiano Questo progetto è incentrato sullo studio di come l'interazione di un'auto con l'aria circostante possa essere ottimizzata per ridurre il consumo di carburante minimizzando la resistenza aerodinamica. Per raggiungere questo obiettivo, vengono esplorate varie tecniche di controllo del flusso passivo e attivo. L'obiettivo principale di questo progetto è ottenere la riduzione della resistenza aerodinamica attraverso l'implementazione di dispositivi passivi come barriere d'aria e respiratori d'aria. Questi dispositivi sono integrati nel modello di riferimento DrivAer, che funge da rappresentazione dei tipici veicoli a corpo tozzo. Il lavoro di progettazione del modello viene eseguito utilizzando il software SolidWorks. Il controllo passivo del flusso prevede l'aggiunta di una barriera d'aria davanti alla ruota anteriore del corpo DrivAer e il collegamento di uno sfiatatoio alla parte posteriore della ruota anteriore. La quantità di moto longitudinale generata dalla carrozzeria anteriore del veicolo crea una zona ad alta pressione vicino alle ruote anteriori. Dirigendo questo flusso ad alta pressione verso la zona della scia, la cortina d'aria riduce le dimensioni della scia, mentre lo sfiato d'aria aiuta a mitigare i vortici turbolenti generati dalle ruote. Queste azioni contribuiscono a uniformare il flusso d'aria e a mantenerlo attaccato a una porzione più ampia della superficie del veicolo, riducendo in definitiva la resistenza alla pressione. Per analizzare l'efficacia di questo metodo di controllo passivo del flusso, vengono condotte simulazioni numeriche utilizzando il software CFD OpenFOAM. La configurazione ottimale viene determinata attraverso l'analisi numerica, mostrando una potenziale riduzione della resistenza fino al 6%. Successivamente, il modello selezionato, senza ruote, viene analizzato per quantificare il contributo specifico delle ruote alla riduzione complessiva della resistenza aerodinamica.