در این مقاله، به مقایسه آیرودینامیکی خودرو سدان و هاچبک می‌پردازیم. این مقایسه با استفاده از شبیه‌سازی جریان هوا (CFD) در نرم‌افزار SolidWorks انجام شده است. هدف ما بررسی نیروی پسا (Drag)، توزیع فشار هوا روی بدنه خودرو و الگوهای جریان آیرودینامیکی است تا مشخص کنیم کدام نوع خودرو عملکرد بهتری از نظر آیرودینامیک دارد. این اطلاعات برای مهندسان خودرو، طراحان صنعتی و علاقه‌مندان به تحلیل جریان هوا بسیار کاربردی است.
1-شبیه سازی جریان آیرودینامیکی خودروی هاچبک
ابتدا خودرو های هاچبک را از لحاظ آیرودینامی با حل یک مسئله شبیه سازی جریان (cfd) بررسی میکنیم.هدف ما در این شبیه سازی بدست آوردن نیروی پسای وارد بر یک خودروی هاچبک در حال حرکت با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت است.
1-1-باز کردن فایل پارت :
نرم افزار سالیدورک را اجرا کنید و فایل پارت hatchback را باز کنید.
جهت دانلود فایل مربوط به تمرین کلیک کنید
2-1-ایجاد پروژه شبیه سازی جریان
از تب Flow Simulatin با کلیک روی wizard یک پروژه جدید با ویژگی های زیر ایجاد میکنیم:
در بخش Configuration گزینه ی Use current را انتخاب میکنیم
در بخش Configuration name نام پیکربندی را ‘’Default’’ میگذاریم.
در بخش Project name نام پروژه را “hatchback” میگذاریم.
در بخش Unit system استانداردSI (m-kg-s) را انتخاب میکنیم.
در بخش Analysis Type گزینه ی External را انتخاب میکنیم تا نوع تحلیل ما خارجی باشد.چون با بیرون مدل سر و کار داریم.
در بخش Physical Features علاوه بر تیک Fluid Flow تیک Gravity را میزنیم تا نیروی گرانش بر شبیه سازی تاثیرگذار باشد و مقدار فیلد Y-Component را -9.81 وارد میکنیم تا راستای Y ارتفاع از زمین باشد
در بخش Database of Fluids از لیست گاز ها (Gases list) روی Air دبل کلیک میکنیم تا آرگون را انتخاب کنیم.
در بخش Flow Characteristics گزینه ی Flow Type را روی Laminar only قرار میدهیم تا جریان سیال آرام باشد.
در بخش Wall Conditions از لیست Default wall thermal condition list گزینه ی Adiabatic wall را انتخاب کنید مقدار Roughness را 0 تایپ کنید.
از زیر گروه Velocity parameters مقدار Velocity in z direction که همان سرعت سیال در جهت z است را 22- m/s قرار میدهیم که تقریبا معادل 80 کیلوتر بر ساعت است.
با کلیک روی Finish پروژه را ایجاد میکنیم.
3-1- تعیین محدوده ی محاسبات شبیه سازی
در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان سالیدورک ، در زیر پوشه Input Data، روی Computational Domain کلیک راست کرده و Edit Definition را انتخاب کنید و در منوی باز شده در بخش Sizes and Conditions مقادیر را به ترتیب زیر وارد کنید و ok کنید.
| (m) | Size |
| 1 | X max |
| 1- | X min |
| 2 | Y max |
| 0 | Y min |
| 2.5 | Z max |
| 2.5- | Z min |
4-1-تعیین اهداف محاسباتی
از درخت شبیه سازی روی Goals راست کلیک میکنیم و insert Global Goals را انتخاب میکنیم و در منوی باز شده تیک گزینه ی Force (z) را میزنیم و ok میکنیم. این همان نیروی پسا است.
5-1-مش بندی
از قسمت mesh setting روی Global mesh setting کلیک میکنیم و در منوی باز شده سطح مش بندی را روی 4 قرار میدهیم و ok میکنیم.
6-1-اجرای پروژه شبیه سازی
با کلیک روی Run شبیه سازی را اجرا میکنیم.
7-1-مشاهده جریان هوای اطراف خودرو
از درخت شبیه سازی روی Flow Trajectories راست کلیک میکنیم و insert را انتخاب میکنیم و در منوی باز شده مثل تصویر تمام وجه های بیرونی روی بدنه خودرو را انتخاب میکنیم.
مقدار Number of Points را 80 قرار میدهیم و ok میکنیم تا جریان هوا نمایش داده شود.
8-1-مشاهده نتایج نیروی پسا
از درخت شبیه سازی از قسمت Results روی Goal Plots راست کلیک میکنیم و insert را انتخاب میکنیم و در منوی باز شده تیک گزینه ی GG Force (Z) 1 را میزنیم و سپس روی Show کلیک میکنیم تا نتایج به صورت جدول نمایش داده شود. در این جدول GG Force (Z) 1 همان مقدار نیروی پسای حرکت خودروی هاچبک با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت است و مقدار آن به طور میانگین 427 نیوتون است.
9-1-مشاهده فشار هوا روی بدنه خودرو
از درخت شبیه سازی از قسمت Results روی Surface Plots راست کلیک میکنیم و insert را انتخاب میکنیم و در منوی باز شده مثل بخش 1-7 تمام وجه های بیرونی روی بدنه خودرو را انتخاب میکنیم و چک میکنیم که قسمت contours مقدار parametr روی pressure باشد و ok میکنیم تا قسمت های تحت فشار بدنه در حال حرکت خودرو نمایش داده شود.
2-شبیه سازی جریان آیرودینامیکی خودروی سدان
اکنون خودرو های سدان را از لحاظ آیرودینامی با حل یک مسئله شبیه سازی جریان (cfd) بررسی میکنیم.هدف ما در این شبیه سازی بدست آوردن نیروی پسای وارد بر یک خودروی سدان در حال حرکت با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت است.
1-2-باز کردن فایل پارت :
نرم افزار سالیدورک را اجرا کنید و فایل پارت sedan را باز کنید.
جهت دانلود فایل مربوط به تمرین کلیک کنید
2-2-ایجاد و اجرای پروژه ی شبیه سازی جریان
یک پروژه ی شبیه سازی جریان با نام “sedan” درست مثل دفعه قبل که برای هاچبک ایجاد کردیم ایجاد میکنیم و مراحل را به همان صورت تا اجرای پروژه تکرار میکنیم
3-2-مشاهده جریان هوای اطراف خودرو
از درخت شبیه سازی روی Flow Trajectories راست کلیک میکنیم و insert را انتخاب میکنیم و در منوی باز شده تمام وجه های بیرونی روی بدنه خودرو را انتخاب میکنیم و مقدار Number of Points را 80 قرار میدهیم و ok میکنیم تا جریان هوا نمایش داده شود.
مشاهده میکنید که در خودروی سدان بر خلاف خودروی هاچبک یک توده ی جریان هوا در بالای صندوق عقب آن تشکیل شده است
4-2-مشاهده نتایج نیروی پسا
از درخت شبیه سازی از قسمت Results روی Goal Plots راست کلیک میکنیم و insert را انتخاب میکنیم و در منوی باز شده تیک گزینه ی GG Force (Z) 1 را میزنیم و سپس روی Show کلیک میکنیم تا نتایج به صورت جدول نمایش داده شود. در این جدول GG Force (Z) 1 همان مقدار نیروی پسای حرکت خودروی هاچبک با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت است و مقدار آن به طور میانگین 508 نیوتون است.
5-2-مشاهده فشار هوا روی بدنه خودرو
از درخت شبیه سازی از قسمت Results روی Surface Plots راست کلیک میکنیم و insert را انتخاب میکنیم و در منوی باز شده تمام وجه های بیرونی روی بدنه خودرو را انتخاب میکنیم و چک میکنیم که قسمت contours مقدار parametr روی pressure باشد و ok میکنیم تا قسمت های تحت فشار بدنه در حال حرکت خودرو نمایش داده شود.
مشاهده میکنید که در خودروی سدان بر خلاف خودروی هاچبک یک توده ی جریان هوای پایدار در بالای صندوق عقب آن تشکیل شده است و فشار هوای کمتری روی بدنه آن وارد میشود. این پایداری جریان در عقب می‌تواند به پایداری بیشتر خودرو در سرعت بالا یا در وزش باد جانبی کمک کند.این باعث این نیز میشود که خودروی سدان نیروی درگ بیشتری نسبت به هاچبک ایجاد کند. از همین روی خودرو های هاچبک مصرف سوخت بهتری در سرعت های بالا دارند.