Studio dell'aerodinamica dell'Ahmed Body mediante un codice CFD open source

The aim of this master thesis is to observe, refine, validate and compare some turbulence models in vehicle aerodynamics, with an open-source CFD software (OpenFOAM). Airflow over Ahmed Body is investigated by means of steady state RANS turbulence models, using the finite volume method; two configurations of Ahmed Body (with a rear body slant angle of 25° and with a rear body slant angle of 35°) have been studied at a bulk air velocity of 40 m/s, with a height based Reynolds number of 768000. Simulations have been performed, for each configuration, using two different turbulence models: the k-epsilon model and the realizable k-epsilon model. Two different kinds of grid have been created and it has been possible to compare the performances of the turbulence models on these grids: a grid with hexahedral cells, almost all orthogonal, has been created to simulate the 25° rear slant angle body, whereas an unstructured grid with non-orthogonal cells, most of which are tetrahedra and prisms, has been created to simulate the 35° rear slant angle body. After the comparison of the results of the simulations with the experimental data, the realizable k-epsilon turbulence model has revealed to be more accurated than the k-epsilon model, as expected, due to its formulation of the turbulent viscosity and the formulation of the epsilon equation. The simulations with the mesh of orthogonal cells have been faster and the quality of the results with this kind of grid is excellent.

L'obiettivo di questa tesi di laurea specialistica è di osservare, migliorare, validare e confrontare alcuni modelli di turbolenza nel campo dell'aerodinamica dei veicoli terrestri, con codici di calcolo CFD open-source (OpenFOAM). Il flusso dell'aria intorno all'Ahmed Body è stato indagato per mezzo di modelli di turbolenza di tipo RANS su problemi stazionari, utilizzando il metodo dei volumi finiti; sono state studiate due configurazioni dell'Ahmed Body (con una inclinazione del piano di coda di 25° e con una inclinazione del piano di coda di 35°) ad una velocità del flusso d'aria non disturbato di 40 m/s ed un numero di Reynolds calcolato sull'altezza del corpo di 768000. Le simulazioni son state effettuate, per entrambe le configurazioni, utilizzando due diversi modelli di turbolenza: il modello k-epsilon ed il modello realizable k-epsilon. Son state create due differenti tipologie di griglie di calcolo ed è stato così possibile pure confrontare le prestazioni dei modelli di turbolenza con questi diversi approcci: per l'Ahmed Body con coda inclinata di 25° è stata creata una griglia con celle esaedriche e quasi tutte ortogonali, mentre per l'Ahmed Body con coda inclinata di 35° è stata creata una griglia non strutturata con celle non ortogonali, tetraedriche e prismatiche. Dal confronto dei risultati delle simulazioni coi dati sperimentali, si è rivelato più accurato il modello realizable k-epsilon rispetto al modello k-epsilon, come si poteva prevedere, viste le formulazioni della viscosità turbolenta e dell'equazione della epsilon che forniscono una migliore caratterizzazione fisica del problema. La mesh con celle ortogonali ha consentito tempi di calcolo decisamente migliori, ed un'ottima qualità dei risultati.