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Corso di Laurea e Dipartimento di Ingegneria Meccanica

 
 

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Ottimizzazione delle prestazioni aerodinamiche di kart da competizione


TVK Ricerca Fluidodinamica



Simulazioni a differenti velocità
Sono state svolte alcune simulazioni preliminari con l'obiettivo di verificare l'andamento dei coefficienti aerodinamici al variare della velocità di galleria. Nel dettaglio sono stati esaminati tre casi differenti, corrispondenti alle velocità caratteristiche di 60, 90 e 120 km/h. Si riportano di seguito i risultati corrispondenti al caso a 90 km/h, in termini di modulo della velocità, modulo della pressione, linee di flusso e campo di moto vettoriale, rappresentati nella sezione mediana longitudinale del kart.


Risultati ottenuti a 90 km/h


Nelle immagini che seguono si può notare l'effetto del pavimento in moto, delle ruote e dell'assale in rotazione.


Effetto del suolo in movimento



Effetto della rotazione delle ruote


Per quanto riguarda il radiatore, bisogna osservare che è stato trattato con una condizione al contorno speciale, infatti è stato impostato come materiale poroso, che non è altro che una semplificazione della realtà. Il radiatore è normalmente costituito da un insieme di celle che realizzano piccoli condotti con asse perpendicolare al suo piano medio. Questa geometria realizza una superficie di scambio termico molto elevata e permette di smaltire il calore prodotto in eccesso dal motore in uno spazio contenuto. Il risultato di tale configurazione è che il flusso di aria che investe il radiatore, lo attraversa in tutte le sue celle e fuoriesce con direzione perpendicolare al suo piano medio, ma decisamente rallentato. Tramite alcune relazioni è possibile determinare le proprietà del materiale poroso equivalente ad un dato radiatore. Inoltre dalla simulazione è possibile calcolare la portata media che attraversa il radiatore e quindi sapere quanto calore viene sottratto al fluido refrigerante, alle diverse velocità. Queste informazioni sono molto utili in fase di dimensionamento del radiatore, od anche in fase di setup del kart, perché consentono di prevedere il comportamento del motore a seconda delle velocità medie di un circuito e delle condizioni ambientali. Gli effetti del radiatore sul flusso sono facilmente visibili nelle figure che seguono: nella prima è riportato il campo di moto in una sezione longitudinale al kart e passante per il centro del radiatore, dove si nota come realmente il flusso si incanali nel radiatore ed esca in direzione perpendicolare ad esso; nella seconda, invece, è rappresentato il modulo della velocità nella sezione trasversale mediana del radiatore ed è possibile osservare i modesti valori che la velocità assume attraversandolo.


Campo di moto che attraversa il radiatore



Modulo della velocità all'interno del radiatore


Dal post-processing dei risultati è anche possibile indagare sulle condizioni di aspirazione e scarico ed analizzare le possibilità di intervento sulla forma o sulla posizione di alcuni elementi. Anche se nelle simulazioni effettuate non è fisicamente presente l'effetto del motore in termini di massa aspirata/scaricata e delle relative onde di pressione, è comunque possibile fare alcune considerazioni relative all'aerodinamica. Le immagini che seguono mostrano la pressione rappresentata rispettivamente sul piano che passa per l'asse del plenum di aspirazione e sul piano che passa per lo scarico. Considerazioni analoghe possono essere svolte in termini di velocità.


Condizioni di pressione in aspirazione



Condizioni di pressione allo scarico


Una rappresentazione interessante è quella che permette di visualizzare le linee di flusso e la pressione agente sulla superficie del kart.


Linee di flusso sulla superficie del kart



Pressione sulla superficie del kart


I risultati ottenuti per le simulazioni a diverse velocità, riportati in tabella, mostrano come sia ben verificata la quasi costanza dei coefficienti aerodinamici, al variare della velocità, per numeri di Reynolds superiori al milione, fatto ben noto in campo aerodinamico; tuttavia bisogna sempre tenere a mente che le forze non sono costanti al variare della velocità, com'è logico che sia, e raggiungono valori non trascurabili ad alta velocità.


Risultati di forze e coefficienti aerodinamici per le tre velocità analizzate


A fine pagina si allegano tre animazioni delle linee di flusso ottenute dalla simulazione a 120 km/h. La prima è stata realizzata facendo muovere un piano verticale trasversale al kart, lungo tutta la sua lunghezza; in essa si può vedere come si ingrandisce il disturbo generato dal kart, a valle del pilota. La seconda animazione è invece ottenuta dall'evoluzione temporale delle linee di flusso in un piano parallelo al terreno, ad una quota simile a quella del centro delle ruote: si nota come le strutture vorticose, responsabili delle perdite di scia, siano in continua evoluzione e come repentinamente si generino e si distruggano vortici di diversa dimensione. Nella terza animazione, la stessa rappresentazione è stata realizzata per il piano verticale e longitudinale di mezzeria del kart.


Files allegati

stream_x
Animazione delle linee di flusso nel piano x
stream_y
Animazione delle linee di flusso nel piano y
stream_z
Animazione delle linee di flusso nel piano z
2kart_streamlines
Animazione delle linee di flusso dei due kart accodati




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