Незалежність динамічної сітки кінцевих елементів для розрахунків аеродинамічного опору магістральних автопоїздів
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2025-1(95)-3-10Ключові слова:
автопоїзд, сила опору повітря, аеродинаміка, комп’ютерне моделювання, витрата пальногоАнотація
У статті досліджено вплив зміни максимального розміру кінцевого елемента динамічної сітки на точність обчислення сили аеродинамічного опору автопоїзда. Обчислення були виконані в середовищі Ansys Fluent, що дозволяє моделювати потоки повітря та їх взаємодію з об’єктами, зокрема з автопоїздом.
Для аналізу було створено кілька варіантів сіток кінцевих елементів з різною грануляцією. Кожна з сіток була адаптована для моделювання аеродинамічних характеристик при різних умовах руху та швидкості автопоїзда. Динамічна сітка була вибрана, оскільки вона дозволяє змінювати структуру сітки під час симуляції, що важливо для точного відображення складних аеродинамічних процесів, таких як турбулентні потоки і змінні шоки на поверхнях.
Для різних варіантів сітки проведено обчислення, починаючи з грубої сітки з великими елементами і поступово збільшуючи її точність до більш дрібних елементів. Під час кожного етапу обчислювалося значення сили аеродинамічного опору автопоїзда.
Особливу увагу приділено аналізу залежності точності результатів від кількості елементів у сітці. Це дозволило визначити, за якої кількості елементів досягається стабільність у результатах обчислень, а подальше збільшення кількості елементів не призводить до значного поліпшення точності. Застосування методів відбору оптимального розміру елемента дозволяє значно скоротити час обчислень, зберігаючи високу точність результатів. Також були розглянуті можливі методи оптимізації сітки для зменшення обсягу обчислювальних ресурсів при збереженні точності результатів. Це дослідження дає змогу визначити оптимальні параметри сітки для виконання аеродинамічних розрахунків автопоїздів, зокрема для оцінки аеродинамічного опору, що є важливим для покращення енергоефективності та зменшення витрат пального у транспортних системах.
Посилання
Mavriplis, D., Napolitano, M. and Sabetta, F. (2005), «Unstructured mesh algorithms for aerodynamic calculations», Thirteenth International Conference on Numerical Methods in Fluid Dynamics, Lecture Notes in Physics, Springer, Berlin, Heidelberg, Vol. 414, pp. 57–77.
Sadrehaghighi, I. (2021), «Mesh Sensitivity & Mesh Independence Study», CFD Open Series, Annapolis, MD, 56 p.
Weinman, K., Fragner, M., Deiterding, R. et al. (2018), «Assessment of the mesh refinement influence on the computed flow-fields about a model train in comparison with wind tunnel measurements», Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 179, pp. 102–117, doi: 10.1016/j.jweia.2018.05.005.
Opanasiuk, Ye.H., Beherskyi, D.B., Mozharovskyi, M.M. and Opanasiuk, O.Ie. (2019), «Doslidzhennia aerodynamichnykh pokaznykiv avtopoizda metodom fizychnoho modeliuvannia», Visnyk ZhDTU. Seriia. Tekhnichni nauky, Issue 1 (83), рр. 25–34, doi: 10.26642/tn-2019-1(83)-25-34.
Beherskyi, D.B., Vitiuk, I.V. and Koval, A.O. (2023), «Zalezhnist vytraty palnoho vid aerodynamiky avtopoizda», Tekhnichna inzheneriia, Issue 2 (92), рр. 3–8, doi: 10.26642/ten-2023-2(92)-3-8.
Beherskyi, D.B., Tsymbal, S.V., Vitiuk, I.V. and Koval, A.O. (2023), «Vplyv heometrychnykh parametriv avtopoizda na yoho aerodynamichni kharakterystyky», Visnyk mashynobuduvannia ta transportu, Vol. 18, No. 2, рр. 10–15, doi: 10.31649/2413-4503-2023-18-2-10-15.
Josefsson, E. (2019), «Examination of robustness and accuracy of CFD simulations for external aerodynamics of commercial vehicles», Master’s thesis, Department of Mechanics and Maritime Sciences Division of Vehicle Engineering and Autonomous Systems Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden, 89 p., [Online], available at: https://odr.chalmers.se/items/98b2a810-776b-4474-bc09-28043fba30a8
Avershyn, A.H. (2018), «Vdoskonalennia aerodynamichnykh kharakterystyk avtomobiliv dlia sportu metodamy chyselnoho i naturnoho eksperymentu», Ph.D. Thesis of dissertation, 05.22.02, Kharkiv, 179 р.
Ukrainets, E.A., Vasylenko, V.V., Romanenko, Y.V. and Kolomiiets, Y.O. (2014), «Ekspres-metodyka vymiriuvannia mistsevoi shvydkosti potoku v aerodynamichnii trubi malykh dozvukovykh shvydkostei», Systemy ozbroiennia i viiskova tekhnika, No. 1, рр. 242–247.
Hassan, R., Islam, T., Ali, M. and Islam, Q. (2014), «Numerical Study on Aerodynamic Drag Reduction of Racing Cars», Procedia Engineering, Vol. 90, pp. 308–313.
Nesterenko, M.M., Zhyla, I.V., Kashuba, D.S. and Marchenko, I.A. (2022), «Doslidzhennia aerodynamichnykh pokaznykiv vantazhnoho avtopoizda za dopomohoiu kompiuternoho modeliuvannia», Zbirnyk naukovykh prats. Haluzeve mashynobuduvannia, budivnytstvo, Issue 1 (58), рр. 5–10.
Nasir, M. (2023), «A Comparative Analysis of a Scaled Car Model To Determine Drag Effects Using Wind Tunnel and CFD», 7 p., doi: 10.13140/RG.2.2.10807.50087.
Список використаної літератури:
Mavriplis D. Unstructured mesh algorithms for aerodynamic calculations / D.Mavriplis, M.Napolitano, F.Sabetta // Thirteenth International Conference on Numerical Methods in Fluid Dynamics : Lecture Notes in Physics. – Berlin, Heidelberg : Springer, 2005. – Vol. 414. – Р. 57–77.
Sadrehaghighi I. Mesh Sensitivity & Mesh Independence Study / I.Sadrehaghighi // CFD Open Series. – Annapolis, MD, 2021. – 56 p.
Assessment of the mesh refinement influence on the computed flow-fields about a model train in comparison with wind tunnel measurements / K.Weinman, M.Fragner, R.Deiterding and other // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2018. – Vol. 179. – Р. 102–117. DOI: 10.1016/j.jweia.2018.05.005.
Дослідження аеродинамічних показників автопоїзда методом фізичного моделювання / Є.Г. Опанасюк, Д.Б. Бегерський, М.М. Можаровський, О.Є. Опанасюк // Вісник ЖДТУ. Серія : Технічні науки. – 2019. – Вип. 1 (83). – С. 25–34. DOI: 10.26642/tn-2019-1(83)-25-34.
Бегерський Д.Б. Залежність витрати пального від аеродинаміки автопоїзда / Д.Б. Бегерський, І.В. Вітюк, А.О. Коваль // Технічна інженерія. – 2023. – Вип. 2 (92). – C. 3–8. DOI: 10.26642/ten-2023-2(92)-3-8.
Вплив геометричних параметрів автопоїзда на його аеродинамічні характеристики / Д.Б. Бегерський, С.В. Цимбал, І.В. Вітюк, А.О. Коваль // Вісник машинобудування та транспорту. – 2023. – Т. 18, № 2. – С. 10–15. DOI: 10.31649/2413-4503-2023-18-2-10-15.
Josefsson E. Examination of robustness and accuracy of CFD simulations for external aerodynamics of commercial vehicles : Master’s thesis / E.Josefsson ; Department of Mechanics and Maritime Sciences Division of Vehicle Engineering and Autonomous Systems Chalmers University of Technology. – Göteborg, Sweden, 2019. – 89 p. [Electronic resource]. – Access mode : https://odr.chalmers.se/items/98b2a810-776b-4474-bc09-28043fba30a8.
Авершин А.Г. Вдосконалення аеродинамічних характеристик автомобілів для спорту методами чисельного і натурного експерименту : дис. … канд. тех. наук : 05.22.02 / А.Г. Авершин. – Харків, 2018. – 179 с.
Експрес-методика вимірювання місцевої швидкості потоку в аеродинамічній трубі малих дозвукових швидкостей / Е.А. Українець, В.В. Василенко, И.В. Романенко, И.О. Коломієць // Системи озброєння і військова техніка. – 2014. – № 1. – С. 242–247.
Numerical Study on Aerodynamic Drag Reduction of Racing Cars / R.Hassan, T.Islam, M.Ali, Q.Islam // Procedia Engineering. – 2014. – Vol. 90. – Р. 308–313.
Дослідження аеродинамічних показників вантажного автопоїзда за допомогою комп’ютерного моделювання / М.М. Нестеренко, І.В. Жила, Д.С. Кашуба, І.А. Марченко // Збірник наукових праць. Галузеве машинобудування, будівництво. – 2022. – Вип. 1 (58). – С. 5–10.
Nasir M. A Comparative Analysis of a Scaled Car Model To Determine Drag Effects Using Wind Tunnel and CFD / M.Nasir. – 2023. – 7 p. DOI: 10.13140/RG.2.2.10807.50087.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Дмитро Богданович Бегерський, Іван Васильович Вітюк, Олександр Анатолійович Левківський, Олександр Олександрович Багінський, Андрій Олегович Коваль
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
