دانلود آموزش شبیه سازی جریان سیالات در تونل باد بر روی یک خودرو با فلوئنت و سی اف ایکس

استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در طراحی خودروها، امروزه به یکی از ابزارهای حیاتی برای بهینهسازی عملکرد ایرودینامیکی تبدیل شده است. این روش با شبیهسازی رفتار جریان هوا حول بدنه خودرو، مهندسان را قادر میسازد تا ضرایب لیفت (Lift) و درگ (Drag) را محاسبه کرده و طراحی خودرو را برای کاهش مصرف سوخت، افزایش پایداری و بهبود عملکرد اصلاح کنند.

۱. ضرایب لیفت و درگ: قلب تحلیل ایرودینامیک

ضریب درگ (Drag Coefficient - \(C_D\))

\[ C_D = \frac{\text{Drag}}{0.5 \times \rho \times V^2 \times A} \]

- \( \rho \): چگالی هوا
- \( V \): سرعت خودرو
- \( A \): سطح مقطع پیشانی خودرو

هدف کاهش \(C_D\): کاهش مصرف سوخت و بهبود بازدهی انرژی (مثال: خودروی تسلا مدل ۳ با \(C_D ≈ 0.23\)).

ضریب لیفت (Lift Coefficient - \(C_L\))

\[ C_L = \frac{\text{Lift}}{0.5 \times \rho \times V^2 \times A} \]

مقدار مثبت \(C_L\) نشاندهنده نیروی لیفت به سمت بالا و مقدار منفی آن (دانفورس) برای پایداری خودروهای مسابقهای حیاتی است.

۲. روشهای تجربی در تحلیل ایرودینامیک

آزمون تونل باد (Wind Tunnel Testing)

استفاده از مدلهای فیزیکی مقیاسشده یا واقعی
اندازهگیری نیروها با ترازوی ایرودینامیک
هزینه بالا و محدودیت در شبیهسازی جریان آشفته

تستهای واقعی (Road Testing)

روش کشش آزاد (Coast-Down Test)
تصویربرداری ذرات (PIV) برای تحلیل میدان جریان

۳. مراحل شبیهسازی CFD

معادلات حاکم: \[ \frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{v}) = 0 \quad \text{(پیوستگی)} \] \[ \rho \left( \frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v} \right) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{v} \quad \text{(مومنتوم)} \]

الف. پیشپردازش

مدلسازی هندسه در نرمافزارهای ANSYS/OpenFOAM
تولید مش با وضوح بالا (Mesh Resolution > 5 میلیون سلول)

ب. تحلیل و حل

انتخاب مدل توربولانسی (\(k-\omega\) SST)
زمان حل معمول: ۸ تا ۲۴ ساعت با استفاده از خوشههای محاسباتی

۴. مطالعه موردی: بهینهسازی ایرودینامیک خودروی سواری

هدف پروژه

کاهش ضریب درگ از \(C_D = 0.32\) به \(C_D = 0.28\)

تغییرات طراحی

اصلاح زاویه شیشه جلو (\(\theta > 30^\circ\))
افزودن اسپلیتر زیر جلوپنجره
طراحی دیفیوزر عقب با ارتفاع ۱۵۰ میلیمتر

نتایج

کاهش ۱۲ درصدی نیروی درگ و بهبود ۷ درصدی مصرف سوخت در سرعت ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت.

۵. مزایا و محدودیتهای CFD

مزایا: کاهش هزینههای نمونهسازی، امکان تحلیل جریان سهبعدی
محدودیتها: نیاز به منابع سختافزاری قدرتمند، خطای مدلسازی توربولانسی

۶. جمعبندی

ترکیب CFD با روشهای تجربی مانند تونل باد، امروزه استاندارد طلایی صنعت خودروسازی است. با استفاده از این فناوری، دستیابی به خودروهایی با مصرف سوخت پایین و پایداری دینامیکی مطلوب امکانپذیر شده است.

ایران فلوئنت

مرجع اول دینامیک سیالات محاسباتی