Die aerodynamische Optimierung der Fahrzeuge in der Designphase kann mit Hilfe der numerischen Simulation erfolgen. Beim Einsatz des Finite-Volumen-Verfahrens VW-IKARUS wird der Einfluss der Turbulenz auf das Strömungsverhalten mit einem low-Reynolds Turbulenzmodell simuliert. Vergleiche zwischen Rechnung und Messung belegen, dass durch dieses Verfahren die wesentlichen Strömungsfeldstrukturen im Heck- und Nachlaufbereich moderner Stufenheck-Limousinen qualitativ korrekt erfasst werden. Validiert wurde das Verfahren in mehreren Schritten. Da die Grenzschichtströmung bzw. das daraus resultierende Ablöse- und Nachlaufverhalten im Heckbereich für die aerodynamischen Eigenschaften einer Stufenheck-Limousine von entscheidender Bedeutung sind, wurde im ersten Validierungsschritt die Vorhersagefähigkeit des numerischen Verfahrens für geometrisch einfache 2-D Grenzschichtströmungen nachgewiesen. Die Berechnung der zweidimensionalen Strömung über einen Hügel hat demonstriert, daß das low-Reynolds Modell in der Lage ist, auch komplexe Grenzschichtströmungen und das Ablösen der Strömung auf gekrümmten Oberflächen qualitativ korrekt vorherzusagen. Die Erweiterung des Anwendungsbereichs auf die Fahrzeug-Aerodynamik führt zu einer weiteren Steigerung der Komplexität der Grenzschichtströmung. Daher wurde in einem weiteren Validierungsschritt die Umströmung zweier Fahrzeuggrundkörper betrachtet. Die komplexe Ablösetopologie im Heckbereich einer Stufenheck-Limousine konnte qualitativ korrekt berechnet werden. Vorsicht ist aber bei der Analyse der Druckverhältnisse im Nachlauf und damit bei der Bewertung der Widerstands- und Auftriebsbeiwerte geboten. Abschließend wird aufgezeigt, inwieweit das zuvor validierte numerische Verfahren zur Beantwortung praxisrelevanter Fragestellungen und somit zu einer Innovation des Fahrzeug-Entwicklungsprozesses beitragen kann. Die Untersuchungen belegen, daß die Simulation bereits im gegenwärtigen Entwicklungsstadium geeignet ist, qualitative Unterschiede zwischen geometrisch nur geringfügig veränderten Grundkörperformen mit ausreichender Genauigkeit vorherzusagen.
Einsatz der numerischen Simulation der Fahrzeugumströmung im industriellen Umfeld
ZLR-Forschungsbericht ; 03 ; 1-160
1998
160 Seiten, 74 Bilder, 13 Tabellen, 63 Quellen
Theses
German
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