Simulação do escoamento transiente ao redor de corpos de Ahmed em sequência utilizando OpenFOAM

Abstract

A análise do escoamento ao redor de veículos é crucial para a indústria automotiva, como por exemplo para redução do consumo de combustível que está diretamente ligado ao arrasto aerodinâmico. Dado que a região de separação do escoamento ao redor do veículo é a principal causa do arrasto, é imperativo estudar os fenômenos que ocorrem nessa área e explorar maneiras de minimizar seu impacto. Uma abordagem envolve examinar geometrias de carros simplificadas, como o corpo de Ahmed, um modelo padrão usado para entender como a aerodinâmica influência na topologia do escoamento. Um caso particularmente interessante é o de comboios de veículos, onde a geometria dos membros do comboio e a distância entre eles influenciam significativamente o comportamento do escoamento, refletindo no arrasto gerado pelo conjunto. Portanto, este trabalho teve como objetivo investigar o escoamento ao redor de corpos de Ahmed em comboio para entender a influência do espaçamento entre os modelos e o ângulo de inclinação traseira do líder na geração de arrasto. Esta investigação foi realizada usando simulações numéricas empregandoum modelo de escoamento turbulento e transitório, para representar todos os fenômenos físicos envolvidos. As simulações foram realizadas usando o solver pimpleFoam do software de código aberto OpenFOAM v2206 e adotando o modelo de turbulência k-omega SST. Durante o estudo, foram analisados comboios de corpos de Ahmed com razões de lacunas variando entre 0.5, 1.0 e 1.5, e o modelo líder apresentando ângulos de inclinação traseira variando entre 10°, 20°, 30° e 35°. Os resultados obtidos foram comparados qualitativamente com os testes experimentais conduzidos em túnel hidrodinâmico horizontal e com resultados obtidos através de simulações numéricas que adotam modelos simplificados. Sendo obtido maior semelhança com os experimentais e concluindo que a menor distância considerada juntamente com o menor ângulo foi mais vantajosa na redução do arrasto.

The analysis of the flow around vehicles is crucial for the automotive industry, as fuel consumption is directly linked to aerodynamic drag. Given that the flow separation region around the vehicle is the primary cause of drag, it is imperative to study the phenomena that occur there and explore ways to minimize its impact. One approach involves examining simplified car geometries like the Ahmed body, which serves as a standard model for understanding how flow topology influences aerodynamics. One particularly interesting case for such problems are vehicle convoys, where the geometry of the convoy members and the distance between them significantly influence the flow behavior, reflecting on the drag generated by the convoy. Therefore, this work aims to investigate the flow around Ahmed bodies in convoy to understand the influence of the spacing between models and the rear slant angle of the leader over the drag generation. This investigation was done using numerical simulations employing a turbulent and transient flow model, to represent all the physical phenomena involved. The simulations were performed using the solver pimpleFoam from the open-source software OpenFOAM v2206 and adopting the k-omega SST turbulence model. During the study, it was analyzed convoys of Ahmed bodies with gap ratios varying between 0.5, 1.0, and 1.5, and the leader model presenting rear sant angles varying between 10°, 20°, 30° and 35°. The obtained results were qualitatively compared with experimental tests conducted in a horizontal hydrodynamic tunnel and with numerical simulation results based on simplified models. The analysis revealed a closer agreement with the experimental data, leading to the conclusion that the smallest distance combined with the smallest angle was the most effective in reducing drag