Analisis Aerodinamico

Mecánica Computacional Vol. XXIV A. Larreteguy (Editor) Buenos Aires, Argentina, Noviembre 2005

ANÁLISIS DE LA AERODINÁMICA DE UN AUTOMOVIL DE COMPETICIÓN
Carlos Sacco∗ , E. Gonzalez∗ y F. Giuggioloni∗
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Dpto. Mec. Aer., Facultad de Ingeniería, Instituto Universitario Aeronáutico. Av. Fuerza Aérea 6500 (X5010JMX), Córdoba, Argentina. Email: csacco@iua.edu.ar, web page: www.iua.edu.arPalabras Clave: Flujo Incomprsible, automóviles de carreras, aerodinámica, CFD. Resumen: El análisis aerodinámico de automóviles se ha venido haciendo mediante la utilización de túneles de viento y ensayos en pista. Estos métodos permiten obtener excelentes resultados, sin embargo, los elevados costos de las instalaciones y las dificultades en la adquisición de datos hace que en muchos casos, suutilización, sea prohibitiva. Debido a esto y con el constante mejoramiento de las capacidades de las computadoras y la optimización de los algoritmos de cálculo, la utilización de métodos computacionales se ha incrementado notablemente en los últimos años. En este trabajo se muestra la aplicación de un programa de simulación basado en el método de los Elementos Finitos para el estudio de laaerodinámica externa de vehículos terrestres. Se analizan dos algoritmos diferentes, Pasos Fraccionados y una formulación Implícita Monolítica y se evalúan las ventajas y desventajas de la utilización de cada uno de los algoritmos para su aplicación a este tipo de problemas. Finalmente se muestra un ejemplo de un vehículo de competición de TC 2000, donde se describen todos los pasos seguidos, desde lamodelación hasta el análisis de los resultados.

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MECOM 2005 – VIII Congreso Argentino de Mecánica Computacional

1. Introducción
Si bien la mecánica computacional no es una disciplina nueva, gracias a las grandes mejoras experimentadas en el desarrollo de las computadoras han hecho de la simulación numérica una herramienta de suma utilidad en la ingeniería. Uno de los campos donde lamecánica computacional ha revolucionado por completo la forma de trabajar es en la mecánica de fluidos. Si nos remontamos a mediados de la década del 90 la única forma de realizar simulaciones, con resultados confiables, era mediante el uso de las llamadas super computadoras, que estaban al alcance de muy poca gente. Las nuevas tecnologías y la continua mejora de los algoritmos de cálculo han hechoposible que estos mismos programas de simulación puedan correr en Computadoras Personales de bajo costo. Este hecho también posibilitó la aparición de nuevos programas, como el que se presenta en este trabajo, que junto con un entorno de pre y post proceso adecuado hacen del mismo, una plataforma robusta y fácil de utilizar.

2. Algoritmos
En este trabajo se analizan dos algoritmos de resolución delas ecuaciones de Navier Stokes en régimen incompresible. La forma discreta se obtiene mediante la utilización del método de los Elementos Finitos [6], utilizando, en ambos casos elementos lineales, tanto para la presión como para la velocidad.

2.1.

Ecuaciones de Navier Stokes

Para una correcta simulación del campo de movimiento de un flujo transitorio e incompresible se utilizan lasecuaciones de Navier Stokes [2]. Dichas ecuaciones se pueden escribir de la siguiente forma: Ecuación de momento ∂u +u· ∂t Ecuación de continuidad ·u=0 en Ω × (t0 , tf ) (2) u − ν∆u + 1 p=f ρ en Ω × (t0 , tf ) (1)

donde Ω representa el dominio de fluido, u es el vector velocidad, p es la presión, ν es la viscosidad sinemática y ρ es la densidad.

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Carlos Sacco, E. Gonzalez y F. GiuggioloniLas condiciones de contorno son: u =¯ en Γu u ¯ σ n = t en Γσ (3) (4)

donde σ es el tensor de tensiones viscoso y n el vector normal al contorno. Las condiciones de contorno se deben satisfacer para todo t ∈ (to , tf ). Estas ecuaciones se completan con las siguientes condiciones iniciales, u = u0 en t0 p = p0 en t0

2.2.

Esquema de Pasos Fraccionados

El primer algoritmo que se...