Investigation on meshing techniques for the CFD modelling of rotating wheels in cars

Παπακωνσταντίνου,  Αλέξανδρος; Papakonstantinou,  Alexandros

dc.contributor.author	Παπακωνσταντίνου, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Papakonstantinou, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2022-02-23T10:20:29Z
dc.date.available	2022-02-23T10:20:29Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54813
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22511
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Τροχοί	el
dc.subject	Μοντελοποίηση περιστροφής	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
dc.subject	Αεροδυναμική	el
dc.subject	Wheels	en
dc.subject	Rotation modeling	en
dc.subject	OPENFOAM	en
dc.subject	Aerodynamics	en
dc.title	Investigation on meshing techniques for the CFD modelling of rotating wheels in cars	en
dc.title	Διερεύνηση Τεχνικών Πλεγματοποίησης στη CFD Μοντελοποίηση Περιστροφής Τροχών Αυτοκινήτων	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classification	ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classification	CFD	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-02-12
heal.abstract	Η διπλωματική εργασία αυτή αποσκοπεί στην εφαρμογή της μεθόδου Ολισθαίνοντος Πλέγματος (Sliding Mesh-SM) στην υπολογιστική πρόλεξη ροής γύρω από επιβατικό όχημα Toyota με περιστρεφόμενους τροχούς. Οι επικρατέστερες μέθοδοι μοντελοποίησης της περιστροφής των τροχών είναι απλοικές προσεγγίσεις της περιστροφικής κίνησης όπως η επιβολή μη-μηδενικής εφαπτομενικής ταχύτητας (rotatingWallVelocity Boundary Condition - RWBC) και η μέθοδος Πολλαπλών Συστημάτων Αναφοράς (Multiple Reference Frame - MRF), παρουσιάζοντας και οι δύο αριθμό μειονεκτημάτων. Αντιθέτως, μέσω της μέθοδου του Ολισθαίνοντος Πλέγματος υλοποιείται πραγματική περιστροφή του πλεγματικού χωρίου αποτελώντας μία από τις πιο ακριβείς μεθόδους πρόλεξης ροών γύρω από περιστρεφόμενα σώματα. Η περιστροφή των τροχών επιδρά σε πολύ μεγάλο βαθμό στην αεροδυναμική αντίσταση των επιβατικών αυτοκινήτων. Η ακριβής πρόλεξη του συντελεστή αεροδυναμικής αντίστασης και των ροικών πεδίων γύρω από τους τροχούς, αποτελούν βασική προυπόθεση για αεροδυναμικό σχεδιασμό των τροχών. Με την θέσπιση νέεων αυστηρότερων νομικών πλαισίων σχετικά με τις εκπομπές ρύπων, ο αεροδυναμικός σχεδιασμός με στόχο την ελαχιστοποίηση των απωλειών ενέργειας των επιβατικών οχημάτων καθιστάται πλέον απαραίτητος. Για την εφαρμογή του Ολισθαίνοντος Πλέγματος χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό γένεσης πλέγματος snappyHexMesh, και η τεχνική Διεπαφής Αυθαίρετων Πλεγμάτων (Arbitrary Mesh Interface - AMI) για την σύζευξη του στατικού και περστρεφόμενου πλεγματικού χωρίου στο λογισμικό ανοιχτού κώδικα OpenFOAM©. H ΑΜΙ τεχνική πραγματοποιείται για τον υπολογισμό των ροών στη μη-σύμμορφη ΑΜΙ διεπιφάνεια. Χαμηλής ποιότητας πλεγματοποίηση οδηγεί στην εισαγωγή σφαλμάτων διατήρησης τοπικά στην ΑΜΙ διεπιφάνεια.Για αυτό το λόγο, προκατασκευαστικά πραγματοποιήθηκε διερεύνηση των παραμέτρων του πλεγματοποιητή snappyHexMesh και της ΑΜΙ γεωμετρίας σε μεμονωμένο τροχό, με στόχο το σχεδιασμό μιας εύρωστης τεχνικής πλεγματοποίησης ικανής να αποδώσει υψηλής ποιότητας πλέγμα στην ΑΜΙ διεπιφάνεια και χαμηλό χρόνο επίλυσης. Πραγματοποιήθηκε συγκριτική μελέτη ανάμεσα σε τέσσερις διαφορετικές διεπιφάνειες και αξιολογήθηκε η επίδραση των ΑΜΙ βαρών στη διαμόρφωση των ροικών πεδίων και στο χρόνο επίλυσης. Ο χρόνος επίλυσης βρέθηκε να επηρεάζεται από το πλήθος των επιφανειακών κελιών πάνω στη διεπιφάνεια παρά από το συνολικό μέγεθος του πλέγματος.Η τεχνική πλεγματοποίησης στην οποία κατέληξε η παραπάνω παραμετρική μελέτη, εφαρμόστηκε στη προσομοίωση ροής γύρω από επιβατικό αμάξι με περιστρεφόμενους τροχούς. Η πρόλεξη του ροικού πεδίου πραγματοποιήθηκε με επίλυση των εξισώσεων Navier-Stokes για ασυμπίεστο ρευστό σε χρονικά μεταβαλλόμενη τυρβώδη ροή. Το μοντέλο τύρβης που χρησιμοποιήθηκε είναι το Spalart-Allmaras DDES με συναρτήσεις τοίχου. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα της μεθόδου Ολισθαίνοντος Πλέγματος, συγκρίθηκαν με αποτελέσματα ανάλυσης με χρήση της οριακής συνθήκης Εφαπτομενικής Ταχύτητας, της μέθοδου Πολλαπλών Συστημάτων Αναφοράς αλλά και πειραματικών μετρήσεων. Η μέθοδος Ολισθαίνοντος Πλέγματος αποδείχθηκε πιο ακριβής στον υπολογισμό του συντελεστή αντίστασης αλλά με πολύ μεγαλύτερο χρόνο επίλυσης.Το μεγαλύτερο μέρος της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε στις εγκαταστάσεις της Toyota Motor Europe (ΤΜΕ) στις Βρυξέλλες, Βέλγιο, κατά τη διάρκεια 6-μηνης πρακτικής άσκησης, με τον κ. Antoine Delacroix ως επιβέποντα από τη μεριά της βιομηχανίας.	el
heal.abstract	This thesis presents the application and assessment of the Sliding Mesh (SM) method in the computational flow prediction around a Toyota passenger car with rotating wheels. The wheels motion is commonly modelled using simplistic approximations of the rotating motion such as the Rotating Wall Boundary Condition (RWBC) or the Multiple Reference Frame (MRF) method, both introducing a number of drawbacks. In the contrary, the SM method utilizes a realistic mesh rotation in real time and is characterized to be highly accurate in the prediction of the flow regimes around rotating bodies.Rotating car wheels have a great contribution in the aerodynamic resistance which is one of the major energy loss factors in passenger vehicles. Accurate prediction of the flow around them, at the lowest possible cost, is highly demanded for the design of more aerodynamic vehicles. Αs new emission regulations put stricter demands on modern automotive industry, the aerodynamic development of cars and wheels is now emerging. The application of the SM method for rotating wheels was carried out using snappyHexMesh mesh generator and the Arbitrary Mesh Interface (AMI) technique for the coupling of the stationary and the rotating mesh regions, as both implemented in the open source software OpenFOAM©. The AMI coupling is used for the computation of the fluxes at the non-matching AMI interface. The quality of the AMI coupling relies heavily upon the meshing and loss of conservativeness at the interfaces may occur in cases of low mesh quality.To this end, a preliminary investigation over the parameters of the snappyHexMesh and the AMI shape was carried out for a single rotating wheel, in order to determine a robust meshing technique, capable of delivering both high mesh quality at the interfaces and relatively low run times. Flow simulations over a single rotating wheel were conducted using the SM method in order to evaluate the impact of the AMI quality on the flow as well as the run time. The latter was found to be highly affected from the AMI face count rather than the overall mesh size. The meshing technique obtained by the parametric study was applied in a flow simulation around a passenger car with rotating wheels. Flow analysis was carried out with the computation of the time-dependent Navier-Stokes equations using the Spalart-Allmaras DDES turbulence model with wall functions. The SM method’s results were compared with those of the RWBC method, MRF model and data from experimental measurements. The SM method proved to be much more accurate in the prediction of the drag coefficient, at the expense of higher computations cost though.Major part of this work was carried out in the premises of Toyota Motor Europe (TME) in Brussels, Belgium, during a 6 month long internship, with Mr.Antoine Delacroix as the industrial advisor.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.advisorName	Giannakoglou, Kyriakos	en
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Voutsinas, Spyridon	en
heal.committeeMemberName	Riziotis, Vasileios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	89 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false