Analysis of different modeling techniques applied to a rotating fan

The thesis investigates the issue of noise generated by cooling fans in electric vehicles (EVs). As the automotive industry shifts from fossil fuel-powered vehicles to EVs, new challenges have emerged, one of which is the noise produced by these cooling fans. This noise can lead to discomfort, especially when the vehicle is stationary. The focus of this study is on the aeroacoustic analysis of low-pressure axial fans, which are commonly used in EVs. The performance of EVs is heavily dependent on their batteries, which generate substantial heat during fast-charging processes. Effective heat management is crucial to prevent battery degradation and maintain optimal performance. Fan-based cooling systems, operating on the principle of forced convection, are widely employed because they are simple, cost-effective, and easy to integrate, but contribute to the noise problem. The methodology employed for the analysis is Computational Aeroacoustics (CAA), the field of study that focuses on the prediction and analysis of sound generated by fluid flow. It will be shown a series of results generated by two mod- eling techniques: LES and PANS. The goal of the thesis is to compare these results and ultimately validate the PANS simulation results. This thesis is a collaboration between Politecnico di Milano and AVL LIST GmbH (AVL). All the simulations took place at the AVL structures. AVL (Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List) is one of the largest independent companies specializing in development, simulation, and testing in the automotive sector. The software used for that is FIRE TM , a CFD-based software primarily designed for modeling and simulating fluid flow and combustion processes, developed by AVL. The results of the thesis will contribute to the ongoing research and development in this field, and will be part of the International FAN 2025 Conference in Antibes, France, 9-11 April 2025.

La tesi esamina il problema del rumore generato dalle ventole di raffreddamento nei veicoli elettrici (VE). Con il passaggio dell'industria automobilistica dai veicoli a combustione a quelli elettrici, sono emerse nuove sfide, una delle quali è il rumore prodotto da queste ventole di raffreddamento. Questo rumore può causare disagio, soprattutto quando il veicolo è fermo. L'obiettivo di questo studio è l'analisi aeroacustica delle ventole assiali a bassa pressione, che sono comunemente utilizzate nei VE. Le prestazioni dei VE dipendono fortemente dalle loro batterie, che generano una notevole quantità di calore durante i processi di ricarica rapida. Una gestione efficace del calore è fondamentale per prevenire il degrado delle batterie e mantenere le prestazioni ottimali. I sistemi di raffreddamento a ventola, che operano sul principio della convezione forzata, sono ampiamente impiegati perché sono semplici, economici e facili da integrare, ma contribuiscono al problema del rumore. La metodologia utilizzata per l'analisi è la Aeroacustica Computazionale (CAA), un campo di studio che si concentra sulla previsione e l'analisi del suono generato dal flusso di fluido. Verranno mostrati una serie di risultati generati da due tecniche di modellazione: LES (Large Eddy Simulation) e PANS (Partially-Averaged Navier-Stokes). L'obiettivo della tesi è confrontare questi risultati e validare, infine, i risultati delle simulazioni PANS. Questa tesi è una collaborazione tra il Politecnico di Milano e l'AVL LIST GmbH (AVL). Tutte le simulazioni sono state effettuate presso le strutture AVL. AVL (Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List) è una delle più grandi aziende indipendenti specializzate nello sviluppo, nella simulazione e nei test nel settore automobilistico. Il software utilizzato per le simulazioni è FIRE TM, un software basato su CFD, progettato principalmente per modellare e simulare il flusso di fluido e i processi di combustione, sviluppato da AVL. I risultati della tesi contribuiranno alla ricerca e allo sviluppo in corso in questo campo e faranno parte della International FAN 2025 Conference ad Antibes, in Francia, dal 9 all'11 aprile 2025.