Análise numérica dos contornos de velocidade e distribuições de pressão do escoamento bidimensional sobre perfis veiculares utilizando CFD

Abstract

As forças aerodinâmicas são um fator determinante no desempenho de veículos. Este trabalho utiliza uma análise bidimensional simplificada de CFD do escoamento de ar sobre perfis de veículos a fim de avaliar sua aerodinâmica através da distribuição de pressão e de contornos de velocidade. A técnica de volumes finitos foi escolhida para resolver as equações médias de Reynolds, sendo utilizado o modelo de turbulência k-ω SST. Três tipos de veículos foram analisados, sendo eles um sedan médio, um SUV e uma pick-up grande. O número de Reynolds dos escoamentos situou-se entre 1,16×1010 e 1,35×1010. Os resultados mostram que a pressão na parte superior dos modelos apresentou grande variação entre as geometrias, sendo que veículos com formas mais suaves apresentaram maiores velocidades e menores pressões, contribuindo para uma sustentação positiva. A pressão na parte inferior dos modelos apresentou menor variação entre as geometrias, sendo que mesmo os modelos com maior altura do solo apresentaram velocidades elevadas e pressões reduzidas, contribuindo para uma sustentação negativa. Assim formas ditas “menos aerodinâmicas” não necessariamente tem características aerodinâmicas menos favoráveis em relação à sustentação. As análises, pela facilidade em modelar geometrias e custo computacional reduzido, se mostram interessantes e úteis para realização de comparações e obtenção de resultados preliminares.

Aerodynamic forces are a determining factor on vehicle performance. This work utilizes a 2D simplified CFD flow analysis to evaluate its aerodynamics trough pressure distributions and velocity contours. The finite volumes method was chosen to solve the RANS equations, using the k-ω SST turbulence model. Three vehicle types were analyzed, being them one midsize sedan, one SUV and one pick-up truck. Reynolds numbers for the flows were between 1,16×1010 and 1,35×1010The results show that pressure over the models showed big differences between the geometries, with vehicles with smoother shapes showing faster speeds and lower pressures, contributing towards positive lift. Pressure under the models showed less variation between the geometries, with even vehicles with higher ground clearance showing high speed and low pressures, contributing towards negative lift. Thus, so-called “less aerodynamic” shapes do not necessarily have less favorable aerodynamic characteristics in relation to lift. The analysis, by the ease of modelling geometries and low computational cost, are shown to be interesting and useful for making comparisons and obtaining preliminary results.