عنوان:
تحلیل آیرودینامیکی خودرو سمند
استاد راهنما:
دکتر عبدالمهدی هاشمی
استاد مشاور:
دکتر علیرضا شاطری
 
شهریور 87
 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب
 عنوان                                                                                                                  صفحه
فصل اول: مقدمه‌
1- 1  آیرودینامیک خودرو…………………. 1

1- 2  تأثیر باز بودن پنجره بر نیروی پسا…… 2

1- 3  کاهش ضریب درگ و تقلیل مصرف سوخت…….. 4

1- 4  دینامیک سیالات محاسباتی در صنعت خودروسازی 5

1- 5  مروری بر کارهای انجام شده در زمینه آیرودینامیک خودرو   6

فصل دوم: نیروهای آیرودینامیکی و عوامل مؤثر بر آیرودینامیک خودرو
2- 1  نیروهای پسا و برا………………… 10

2- 1- 1  نیروی پسا……………………. 10
2- 1- 2  نیروی  برا…………………… 11
2- 2  توزیع فشار بر روی یک خودرو………… 12

فصل سوم: معادلات حاکم
3- 1  معادلات حاکم……………………… 15

3- 1- 1  معادله پیوستگی……………….. 15
3- 1- 2  معادلات بقای ممنتوم……………. 16
3- 2  مدل …………………………. 17
3- 3  توابع دیوار استاندارد…………….. 18
3- 4  شرایط مرزی………………………. 19
3- 4-1  شرایط مرزی ورودی و خروجی……….. 19
3- 4-2  شرط مرزی تقارن………………… 20
3- 4-3  شرط مرزی دیوار………………… 21
فصل چهارم: روش های حل عددی معادلات
4- 1  روش های حل عددی…………………… 23

4- 1-1 روش حل تفکیکی………………….. 23
4- 1-2 روش حل پیوسته………………….. 23
4- 2 خطی سازی و روش های آن………………. 24

4- 3 گسسته سازی……………………….. 24

4- 3-1 روش بالادست مرتبه اول……………. 26
4- 3-2  روش قاعده توانی……………….. 26
4- 3-3  روش بالا دست مرتبه دوم  ………… 27
4- 3-4  روش مرتبه سوم (QUICK)…………. 28
4- 3-5  مقایسه روش های مرتبه اول و مرتبه دوم 29
4- 4 فرم خطی شده معادلات گسسته…………… 29
4- 5 زیر تخفیف………………………… 30
4-6 حل کننده تفکیکی……………………. 30
4- 6-1  گسسته سازی معادله ممنتوم……….. 30
4- 6-2  گسسته سازی معادله پیوستگی………. 30
4- 6-3  وابستگی سرعت- فشار…………….. 31
4- 7 الگوریتم سیمپل……………………. 31
4- 8 بررسی همگرایی حل………………….. 33
4- 9 نحوه تعریف باقیمانده در حل کننده تفکیکی 33
فصل پنجم: مدلسازی و تولید شبکه
5- 1  مقدمه…………………………… 35

5- 2  شبکه بندی……………………….. 35

5- 2-1 شبکه های با سازمان……………… 36
5- 2-2 شبکه های بی سازمان……………… 37
5- 3  انواع سلولها…………………….. 38

5- 3-1 شبکه بندی سطح به روش Tri-Pave…….. 39
5- 3-2 شبکه بندی حجم با بهره گرفتن از الگوریتم TGrid  40
5- 4  هندسه و شبکه بندی خودروی سمند……… 40

فصل ششم: نتایج
6- 1  مقدمه…………………………… 46

6- 2  ابعاد خودروی سمند، تونل باد و شرایط ورودی 47

6- 3  توزیع ضریب فشار در سطح خارجی خودرو…. 47

6- 4  توزیع فشار در حالت پنجره بسته……… 50

6- 5 توزیع فشار در حالت پنجره باز……….. 51

6- 6 توزیع سرعت  ……………………… 54

6- 7  مقایسه پسا در حالات مختلف………….. 58

6- 8  بررسی همگرایی……………………. 62

6- 9 بررسی وابستگی حل به شبکه…………… 62

6- 10 مقایسه مدلهای مختلف اغتشاش………… 63

6-11 نتیجه گیری و پیشنهاد………………. 65

 

مراجع  ………………………………… 66

پیوست: مجموعه توتال استیشن
اصول كلی فاصله یابی با دستگاه های الكترونیكی EDM))   68

فاصله یاب های الكترواپتیكی……………… 69

خطاهای فاصله یابی با دستگاه های الكترونیكی… 70

تاكئومترهای الكترونیكی…………………. 71

مجموعه های توتال استیشن………………… 72

 

 

فهرست اشكال
 عنوان                                                                                                                                                 صفحه
شكل 1-1   اتومبیل در شرایط محیط واقعی…….. 2

شكل 1-2   مباحث اصلی در آیرودینامیک خودرو…. 2

شكل 1-3   تأثیر باز بودن پنجره و روشن بودن کولر در  مصرف سوخت 3

شكل 1-4   میدان جریان در داخل و اطراف اتوبوس مدل شده توسط Kale……………………………………… 4

شكل 1-5   تأثیر کاهش ضریب پسا بر مصرف سوخت… 5

شكل 1-6   سمت راست:طراحی  کلمپرر و تکامل تدریجی آن، سمت چپ: برخی طراحی های اولیه اتومبیل…………………. 6

شكل 2-1   توزیع فشار بر روی سطح یک خودرو…. 12

شكل 2-2   توزیع ضریب فشار بر روی سطح یک خودرو 13

شكل 2-3   دو گردابة ایجاد شده در پشت خودرو.. 14

شكل 3-1   صفحات تقارن در یک کانال سه بعدی… 20

شكل 3-2   شرایط مرزی معین شده در دیوار…… 21

شكل 4-1   حجم كنترلی كه برای مجزا سازی معادله انتقال استفاده می­شود………………………………… 25

شكل 4-2   حجم كنترلی یك بعدی……………. 28

شكل 5-1   سلولهای دو بعدی………………. 39

شكل 5-2   المانهای سه بعدی……………… 39

شكل 5-3  مثالی از شبکه‎بندی سطح به روش Tri-pave 39

شكل 5-4   مثالی از شبکه‎بندی حجم با بهره گرفتن از الگوریتم  TGrid  40

شكل 5-5   طرح سمند در حالت دو پنجره باز….. 41

شكل 5-6  طرح سمند در حالت چهار پنجره باز…. 41

شكل 5-7   طرح داخل سمند (برش در صفحه تقارن). 42

شكل 5-8   ناحیه ورودی و خروجی تونل باد…… 42

شكل 5-9   شبکه‎بندی سطوح………………… 43

شكل 5-10   شبکه‎بندی سطوح در نمای نزدیک…… 43

شكل 5-11 شبکه‎بندی حجم از نمای جانبی……… 44

شكل 5-12  شبکه‎بندی حجم از نمای بالا………. 44

شكل 5-13  شبکه بندی حجم از نمای روبرو……. 45

شكل 5-14  نمایی از میدان حل حول اتوبوس، مدل شده توسط آقای Kale و همکاران………………………………. 45

شكل 6-1   نمودارهای توزیع ضریب فشار بر روی سطح بالایی خودرو سمند در کل عرض خودرو (a) و خط مرکزی(b)………… 48

شكل 6-2   نمودار توزیع ضریب فشار بر روی سطح بالایی خودرو پژو 405…………………………………….. 49

شكل 6-3   نمودار توزیع ضریب فشار بر روی سطح بالایی خودروپراید 49

شكل 6-4   نمودار توزیع ضریب فشار بر روی سطح بالایی خودرو فورد 49

شكل 6-5  توزیع فشار نسبی برروی بدنه خودرو سمند(pa)   50

شكل 6-6   توزیع فشار بر روی بدنه خودرو سمند در نماهای مختلف(pa)…………………………………….. 51

شكل 6-7   توزیع فشار در اطراف  خودرو سمند از نمای بالا    51

شكل 6-8   توزیع فشار نسبی در حالت دو پنجره جلو باز(pa)   52

شكل 6-9   توزیع فشار نسبی در حالت دو پنجره عقب باز(pa)   53

شكل 6-10 توزیع فشار نسبی در حالت چهار پنجره باز(pa)  54

شكل 6-11   توزیع سرعت در اطراف خودروی سمند در حالت پنجره بسته(سرعت هوا=m/s 40)…………………… 55

شكل 6-12   بردارهای سرعت در حالت چهار پنجره باز از نمای جانبی و رو به رو……………………………… 56

شكل 6-13   سرعت در دو مقطع عرضی در حالت دو پنجره جلو باز 56

شكل 6-14  سرعت در دو مقطع عرضی در حالت دو پنجره عقب باز  57

شكل 6-15  بردارهای سرعت در اتوبوس مدل شده توسط Kale. 57

 

فهرست نمودارها
 عنوان                                                                                                                 صفحه
 

نمودار 4-1 تغییرات در محدوده  تا….. 27

نمودار 6-1 نیروی پسا در چهار حالت موجود در سرعت m/s 40   58

نمودار 6-2 نیروی پسا در چهار حالت موجود در سرعت m/s 30   59

نمودار 6-3 نیروی پسا در چهار حالت موجود در سرعت m/s 15    59

نمودار 6-4 ضریب پسا خودرو  در حالتهای مختلف   60

نمودار 6-5 رابطه باز بودن پنجره و روشن بودن کولر با مصرف سوخت  …………………………………….. 60

نمودار 6-6 رابطه باز بودن پنجره و روشن بودن کولر با توان موتور  …………………………………….. 61

نمودار 6-7 افزایش نیروی پسا در نتیجه افزایش سرعت     61

نمودار 6-8 تاریخچه همگرایی حل…………… 62

نمودار 6-9 بررسی حل با بهره گرفتن از چندین شبکه در حالت چهار پنجره باز………………………………….. 63

نمودار 6-10 مقایسه مدلهای مختلف اغتشاش …… 64

         فصل اوّل:

               مقدمه

1-1- آیرودینامیک خودرو

آیرودینامیک علم بررسی حرکت یک جسم در هوا می­باشد و در مورد چگونگی شکل ظاهری یک جسم و تأثیرات متقابل این شکل در هنگام حرکت با سرعت بالا در فضای تشکیل شده از هوا بحث می­ کند. آیرودینامیک از دیرباز و بسیار قبل از بوجود آمدن اتومبیل در شاخه مکانیک و ابتدا در مورد قطارهای بخار با سرعت بالا (بالای kmph160) مطرح شد. بسیاری از قطارهای تندرو بخار در زمان خود از فرم­بندی آیرودینامیکی برخوردار بودند و خواسته و ناخواسته مهندسین هنگام ساخت وسیله­ای نقلیه با سرعت بالا با مشکلات آیرودینامیکی مواجه می­شدند و جهت حل مسأله مجبور به ارائه راه ­حل بودند. بعدها با اختراع هواپیما آیرودینامیک به شکل جدی­تری مطرح شد و با توجه به اینکه هواپیماها نیاز به سرعت بالایی دارند مسائل آیرودینامیکی بیشتر مورد بررسی قرار گرفت که موجب پیشرفتهای بسیاری در زمینه آیرودینامیک هم شد. در مورد اتومبیل، بدلیل سرعت پایین خودروهای اوّلیه تا سالها آیرودینامیک و مسائل حاصل از آن به صورت جدی در هنگام طراحی مطرح نمی­شد. بعضاً در گونه­ای از خودروها به آیرودینامیک پرداخته می­شد که یا به صورت اجمالی و صرفاً به منظور ایجاد شکل ظاهری جذابتر بود و یا برای کاهش جزئی در مصرف سوخت و یا در مورد خودروهای مسابقه­ای با سرعت بالا بود. در هنگام طراحی خودروهای تولید انبوه و روزمره آیرودینامیک به صورت کاربردی و مؤثر تا اواسط دهۀ پنجاه مطرح نبود. بطور کلّی توسعه آیرودینامیک خودرو در چهار فاز

 

انجام می­شود: در ابتدا یک مدل ساخته می­شود، ممکن است این مدل در اندازه کوچک یا واقعی باشد. سپس بوسیله نمونه ­ای که آماده حرکت باشد ادامه می­یابد و با خودرو پیش­تولید و نمونه واقعی قبل از ورود به تولید انبوه انجام می­شود و در آخر بوسیله نمونه­هایی که از خط تولید گرفته می­شود به پایان می­رسد.  شکل 1-1 کلیه متغیرهایی که روی جریان اطراف اتومبیل و بار حرارتی اثر می­گذارند را نشان می­دهد. سرعت خودرو، باران، وزش باد، اثرات خورشید، ناهمواری­های جاده از قبیل خیسی و سنگریزه و شیب جاده از این موارد می­باشد.

شکل1-1- اتومبیل در شرایط محیط واقعی

در آیرودینامیک خودروها چهار موضوع اصلی بررسی می­شوند که در شکل 1-2 نشان داده شده است

 

شکل1-2- مباحث اصلی در آیرودینامیک خودرو

 

اندازه گیری نیروها و ممانها مربوط به پایداری خودرو
جزئیات میدان جریان
اثرات حرارتی و تهویه خودرو
خنک‎سازی موتور خودرو ( جریان جلوی خودرو)
1-2- تأثیر باز بودن پنجره بر نیروی پسا

در حالت کلّی باز کردن پنجره اتومبیل جهت تهویه هوای داخل اتومبیل صورت می­گیرد. در سرعتهای پایین، باز کردن پنجره برای خنک شدن داخل اتومبیل هزینه کمتری نسبت به روشن کردن کولر داشته ولی با افزایش سرعت اختلاف مصرف سوخت در حالت کولر روشن و پنجره پایین در حدود پنج الی ده درصد می­باشد که این امر بخاطر افزایش نیروی پسا ناشی از باز بودن پنجره می­باشد. از آنجا که این اختلاف ناچیز بوده و کولر سبب تهویه مطبوع بهتری می­شود بهتر است در سرعتهای نسبتاً بالا (سرعت در بزرگراه­ها) پنجره­ها بسته شده و از کولر استفاده شود. شکل زیر تأثیر باز بودن پنجره و روشن بودن کولر را در مصرف سوخت نمایش می­دهد[1].

 

 

شکل1-3- تأثیر باز بودن پنجره و روشن بودن کولر در  مصرف سوخت

اغلب در اتوبوسهای داخل شهری بخاطر پایین نگه داشتن هزینه مسافران از سیستمهای تهویه مطبوع استفاده نمی­شود. این اتوبوسها اکثراً با سرعتهای پایین حرکت کرده و در روزهای گرم با باز کردن پنجره­ها تهویه هوا در آنها صورت می­گیرد. طراحی این اتوبوسها باید به گونه­ای باشد که کمترین پسا و بهترین گردش هوا را در حالت پنجره باز دارا باشد. شکل زیر میدان جریان را در داخل و اطراف اتوبوس مدل شده توسط Kale نشان می­دهد[2].

 

شکل   1-4 – میدان جریان در داخل و اطراف اتوبوس مدل شده توسط Kale

در شکل فوق بردارهای سرعت در داخل کابین و اطراف آن نمایش داده شده است. وجود گردابه­ها در قسمت عقب خودرو و باز بودن پنجره­ها باعث به­وجود آمدن نیروی پسا می­گردد.

 

 

1-3- کاهش ضریب پسا و تقلیل مصرف سوخت

در سرعت یکسان هر چه نیروی مقاوم در برابر حرکت ماشین (پسا) کاهش یابد مصرف سوخت کمتر خواهد شد. تأثیر کاهش نیروی پسا بر مصرف سوخت در شرایط رانندگی واقعی در شکل 1-5 نشان داده شده است. صرفه­جویی در مصرف سوخت بر اساس کاهش پسا در شرایط عملکرد واقعی مانند بزرگراه­ها یا مسیری بسیار مشکل می­باشد که با رانندگی در حالت ایده­ال با سرعت ثابت و مسیری ساده تفاوت دارد[3].

شکل 1- 5 – تأثیر کاهش ضریب پسا بر مصرف سوخت

 1-4- دینامیک سیالات محاسباتی در صنعت خودروسازی

دینامیک سیالات محاسباتی مسیر طولانی را برای کاربردی شدن در طراحی صنایع خودروسازی پشت سر گذاشته است. می­توان این امر را مرهون پیشرفت پیوسته در سخت­افزار، نرم­افزار و  روش­های عددی برای حل معادلات حاکم بر جریان سیال دانست. صنایع خودروسازی از این جهت به CFD علاقمند شده که توان طراحی آنها را بالا برده و هزینه­ های آزمون را کاهش داده است. کاربردهای CFD در این صنعت متنوع بوده و می ­تواند محدوده وسیعی از آیرودینامیک خارجی تا خنک­کاری ترمزهای دیسکی را در برگیرد. فیزیک جریان نیز محدوده گسترده­ای از رژیم­های جریان نظیر؛ تراکم­پذیر، تراکم­ناپذیر، آرام، مغشوش، ناپایدار، پایدار و… را در بر می­گیرد[4].

اگرچه بیشتر جریانهایی که با آنها روبرو هستیم طبیعت غیردائمی دارند با این حال   می توان آنها را با تقریب خوبی به صورت دائمی در نظر گرفت. چالش امروز CFD توانایی شبیه­سازی دقیق پدیده­های پیچیده ترموسیالاتی وگرفتن نتایج سریع می­باشد. استفاده صحیح از CFD می ­تواند کمک شایانی به کاهش ساخت نمونه اولیه و به تبع آن