بخشی از مقاله
خلاصه :
افزودن اسپویلر عقب باعث بهبود خواص ایرودینامیکی می شود و بهبود خواص ایرودینامیکی تأثیر مستقیمی بر مصرف سوخت و میزان آلایندگی خودرو ها دارد. در این مقاله تأثیر تغییر زاویه و ارتفاع پایه های اسپویلر عقب بر روی ضریب پسا ی کلی و همچنین مصرف سوخت و آلایندگی خودروی Audi R8 با استفاده از نرم افزار Fluent بررسی شده و بهترین حالت برای هر پارامتر معرفی شده است. نتایج حاکی از آن است که بیشترین کاهش میزان مصرف سوخت و کمترین تولید آلایندگی زمانی روی می دهد که زاویه پایه های اسپویلر برابر 60 درجه باشد. همچنین در مورد نسبت ارتفاع به وتر ایرفویل - - h/c زمانی این شرایط حاکم است که این مقدار برابر 0,6 باشد.
کلمات کلیدی : آلایندگی، مصرف سوخت، اسپویلر عقب خودرو، حل عددی
1. مقدمه :
امروزه با توجه به اهمیت سوخت های فسیلی، مباحث بهینه سازی مصرف این سوخت ها در صنایع مختلف و به ویژه صنایع خودرو سازی، محققین و صنعت گران فعال در این زمینه را بر آن داشته تا در صدد بهبود خصوصیات ایرودینامیکی خودروهای ساخته شده برآیند و راهکارهای اقتصادی تر را در صنایع، عملیاتی کنند. با توجه به زمانبر بودن و هزینه بر بودن تحقیقات تجربی، تحقیقات عددی که دارای دقت مناسبی است از محبوبیت بیشتری برخوردار است. از نمونه کارهای تجربی میتوان به تحقیقات Mitra اشاره کرد که با استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی نشان داد افزودن قطعاتی همچون اسپویلر عقب بر روی یک مدل ساده شده sedan می تواند باعث افزایش پایداری آن شود .[1] تسای و همکاران با استفاده از روش توربلانسی K- به بررسی پروفیل های مختلف اسپویلر عقب پرداختند و حالتی را به عنوان بهترین حالت برگزیدند که در آن پروفیل از دو صفحه تشکیل شده بود و صفحه بالایی کمی جلوتر از صفحه پایین قرار داشت kim .[2] و همکاران نشان دادند اضافه کردن اسپویلر برای اتوبوس و یک مینی ون باعث بهبود ضریب پسا می شود .[3] نتایج ایشان از جمله تحقیقات عددی شاخص در این زمینه است که تأییدی بر ادعای مثبت بودن تأثیر اسپویلر عقب بر خصوصیات ایرودینامیکی است. روحی در بررسی های خود نشان داد بهترین پروفیل برای اسپویلر عقب NACA 0020 است.[4] در این مقاله نیز پروفیل NACA 0020 برای پروفیل اسپویلر عقب خودروی Audi R8 انتخاب شده است. در این مقاله به طور مشخص تاثیر اضافه کردن اسپویلر بر روی میزان کاهش آلودگی هوا و کاهش مصرف سوخت بررسی شده و اهمیت اسپویلر عقب از این منظر مورد بررسی قرار گرفته است.
2. هندسه مدل و شرایط مرزی :
در این مقاله اطراف خودروی Audi R8 مورد بررسی به سه منطقه تقسیم شده است و با نزدیک تر شدن به بدنه خودرو میزان تراکم شبکه بندی بیشتر می شود و نصف خودرو در هنگام حل منظور میگردد. که این روش با توجه به نتایج تحقیقات Nor-Elyana و همکاران که نشان دادند تقسیم فضای اطراف خودروی مدل سازی شده به چند منطقه و استفاده از تراکم شبکه بیشتر در نزدیکی بدنه خودرو و همچنین استفاده از نصف مدل به علت تقارن در هنگام حل باعث کاهش چشمگیر زمان حل و همچنین افزایش دقت حل می شود[9]، انجام گرفته است. از شبکه بندی نامنظم مثلثی برای تمامی سطوح بدنه خودرو و صفحات احجام اطراف آن از استفاده شده است. در این مقاله فرض شده است که بدنه خودرو ثابت بوده و زمین با سرعت 40 m/s به بدنه خودرو در حال نزدیک شدن است. همچنین با توجه به تحقیقات شجاعی فرد و همکاران که نشان دادند تایرها تأثیر غیرقابل انکاری بر روی خصوصیات ایرودینامیکی دارند [10] در این مقاله نیز برای تایرها سرعت 125 rad/s حول محور خود تایرها در نظر گرفته شده است . برای دیواره ورودی از شرط مرزی velocity inlet و برای دیواره خروجی از شرط مرزی pressure outlet استفاده شده است.
شکل-1 نمایی از شبکه بندی محیط اطراف خودروی Audi R8
شکل- 2 نمایی از خودروی مدل سازی شده ی Audi R8 در محیط نرم افزار Gambit
همچنین خطی در پشت بدنه - با مختصات 0 - ، 1000، - 3700 و 5000 - ، 1000، - - 3700 را برای نشان دادن وابسته نبودن حل به تعداد المانهای شبکه در نظر گرفته شده و نمودار سرعت آن در شکل 18-3 آمده است.
شکل-3 استقلال نتایج از شبکه در مدل خودروی بدون اسپویلر
3. روش حل :
در این مقاله دستگاه کارتزین بعنوان دستگاه مرجع انتخاب شده و معادلات حاکم برای جریان مغشوش تراکم ناپذیر سه بعدی برای مدل خودروی بررسی شده شامل معادلات پیوستگی، معادلات اندازه حرکت و معادلات مدل اغتشاشی می باشد . مدل اغتشاشی متناسب با این کار مدل K- است و بطور تجربی ثابت شده است در مواردی که گرادیان معکوس شدید وجود دارد که موجب جدایش جریان می شود، بهتر است که از مدل Realizable آن استفاده شود .[5] همچنین به طور کلی استفاده از این روش در تحقیقات مشابه مرسوم می باشد 8]،7،.[6 لازم به ذکر است به علت عملکرد خوب مدل دیواره پیشرفته - - Enhancement wall در جریان هایی که دارای گرادیان معکوس فشار هستند و جدایش جریان در آن رخ میدهد در این مقاله نیز از این نوع توابع استفاده شده است. همچنین برای همبسته کردن سرعت و فشار از الگوریتم SIMPLE و برای گسسته سازی معادلات از روش ضمنی مرتبه دو استفاده شده است.
4. نتایج حل :
نتایج حل برای مدل خودروی بدون پایه ی اسپویلر حاصل حاکی از آن است که با اعمال شرایط مرزی فوق و استفاده از روش حل مذکور، عدد بدست آمده برای ضریب پسا در این حالت برابر 0,3429 می باشد همچنین بررسی های انجام گرفته نیز نشان میدهد مقدار ضریب پسا در برخی مراجع معتبر در همان حالت [11] 0,34 عنوان شده است که نشان از دقت قابل قبول روش حل را دارد.
به منظور اعتبارسنجی، روش حل و شرایط مرزی برای مدل Ahmed با زاویه شیشه عقب 12,5 نیز اعمال گردید که نتایج بدست آمده نشان داد که مقدار ضریب پسا برابر 0,23 است و این در حالی است که هاکو[12] مقدار 0,23 را برای مدل Ahmed با زاویه فوق بیان کرده است که نشان از دقت قابل قبول روش حل در این مرحله نیز دارد.
