Sviluppo CFD per il campionato KVRC con KARALIT CFD 3.0

Grazie alla disponibilità di KARALIT s.r.l. e in particolare dell’ing. Marco Rossi, abbiamo avuto la possibilità di effettuare un approfondito test con il software KARALIT CFD 3.0

Avendo avuto a disposizione il software per un periodo relativamente lungo, non ci siamo limitati solo a una prova dell’interfaccia grafica, ma è stato possibile applicare lo strumento a una simulazione tratta dalle attività in corso: lo sviluppo di alcuni concetti aerodinamici per un’auto da corsa ispirata alle regole LMP1. L’automobile, denominata MP003D, deriva dal modello MP003B che CAEdevice ha schierato in occasione del challenge virtuale KVRC2015, classificandosi al quarto posto nella classifica generale.

In particolare sono stati approfonditi questi aspetti:

  1. Corrispondenza dei risultati ottenuti mediante KARALIT CFD rispetto al solutore ufficiale delle gare KVRC (OpenFOAM 2.1, gestito tramite l’interfaccia OneClickCFD)
  2. Valutazione degli effetti della variazione del rake e dell’altezza da terra, sia in termini di valori di downforce e distribuzione della pressione sul fondo, sia in termini di generazione dei vortici (la presenza di vortici di dimensioni adeguate nel diffusore viene usata dalle auto più efficienti del KVRC per migliorare l’efficienza del fondo e dell’estrazione dell’aria)
  3. Esplorazione di un diverso disegno del muso (abbassato rispetto alla configurazione 2015, in previsione della necessità di ridurre la resistenza aerodinamica nelle gare corse su piste medio-veloci, punto debole del modello MP003B)
  4. Valutazione (in questa fase solo qualitativa, non essendo ancora state pubblicate le regole 2016) dell’effetto di un nuovo schema di raffreddamento (radiatori simulati mediante “porous material”).
MP003D
MP003D, KVRC test car, derivata dal modello MP003B

Il primo approccio con KARALIT CFD ha messo in evidenza due caratteristiche principali:

  • Essenzialità e immediatezza dell’interfaccia grafica (allo stesso livello dei più diffusi software di interfaccia grafica per OpenFOAM)
  • Potenzialità della mesh di tipo “cartesiano”: il software viene sinteticamente definito “meshless”, in realtà cambia radicalmente il rapporto tra meshatore e la geometria CAD, permettendo a Karalit di processare quasi ogni tipo di geometria, in formato STL, indipendentemente dalla qualità del file di partenza. L’uso di un software dedicato alla gestione del formato STL (MeshLAB: http://meshlab.sourceforge.net/) è stato utile solo per ridurre il peso del file (e permettere una più leggera gestione nell’interfaccia grafica), ma non indispensabile per ottenere risultati accurati (diversamente da quanto sperimentato con SnappyHexMesh della suite OpenFOAM, che non sempre riusciva a processare il file STL cosi come generato dal CAD).

La simulazione è stata impostata partendo dal template “wind tunnel”, predefinito in KARALIT CFD. La qualità della geometria, importata tramite il formato STL, viene controllata e sono disponibili alcuni strumenti per modifiche e manipolazioni di base.

Karlit_Wind_tunnel
Schermata dell’ambiente di pre-processing di KARALIT CFD, con predefinita la galleria del vento virtuale e il vincolo di simmetria
Geometria importata tramite STL,
Geometria importata tramite STL,

Una volta definite le condizioni al contorno, le operazioni di impostazione della mesh consistono nell’individuare dei volumi in cui è richiesta una particolare accuratezza. In questo caso è stato definito un volume intorno al modello CAD, con un margine di 500mm da ogni lato e un secondo volume, “dedicato” solamente alla zona compresa tra il fondo e la strada. I controlli di discretizzazione (non è corretto parlare di mesh in senso tradizionale) permettono di controllare il numero di “strati” di celle intorno alla superficie CAD e la dimensione e la qualità della transizione verso le dimensioni “standard” delle celle. Nelle immagini seguenti è visibile il risultato (la mesh definitiva, dopo alcune prove per verifica della capacità di simulare correttamente la vorticosità, comprende circa 8 milioni di celle (sfruttando la simmetricità).

Mesh CFD wind tunnel
Mesh refinement

 

CFD mesh CAEdevice
Dettaglio delle celle intorno alla carrozzeria

Il post-processing è gestibile sia esportando i risultati verso Paraview, sia con strumenti inclusi nella finestra di comando del software. L’ambiente integrato di post-processing consente un rapido controllo della distribuzione della pressione e della velocità sulle superfici del modello CAD, oppure su un piano di sezione selezionato o definito tramite coordinate. Sono inoltre siponibili i classici strumenti di post processing per la simulazione fluidodinamica, come le streamlines.

Distribuzione della pressione CFD
Distribuzione della pressione
Streamlines CFD
Streamlines (velocità) e mappa della pressione su un piano di sezione orizzontale
Convergence_CFD
Grafico di uno dei parametri di stima della convergenza

L’analisi dell’efficienza dei condotti di raffreddamento ha coinvolto sia la simulazione della trasmissione di calore, sia la rappresentazione del volume degli scambiatori di calore attraverso un modello di solido poroso. Anche in questo caso la corrispondenza con i risultati della simulazione svolta con OpenFOAM è stata soddisfacente.

CFD, Karalit CAEdevice
Simulazione degli scambiatori di calore, rappresentazione della pressione su un piano di sezione
Heat_exchangers_2
Simulazione degli scambiatori di calore, rappresentazione della temperatura dei gas (scala della rappresentazione da 20 °C a 80 °C)

KARALIT CFD è il pioniere di una rivoluzione chiamata “CFD diretto”, in cui i modelli CAD vengono inviati direttamente alla simulazione CFD senza dispendiose meshature o aggiustamenti manuali. La semplice procedura che collega CAD e CFD è rivolta agli esperti ma anche ai non specialisti. La rivoluzione di KARALIT è basata su quattro innovazioni: 1. Una implementazioni unica della tecnologia “immersed boundary” (IB) che permette di immergere la geometria in un reticolo cartesiano, eliminando il concetto di mesh, mantenendo l’integrità delle celle e velocizzando le iterazioni tra CAD e CFD del ciclo di progettazione. 2. L’uso di applicazioni predefinite che automatizzano, semplificano e rendono rapide le simulazioni di casi tipici. 3. Una politica di vendita flessibile che permette all’utente di sfruttare senza costi supplementari i progressi più recenti della tecnologia hardware. 4. Un supporto tecnico personalizzato e puntuale, che rende disponibile una vasta esperienza nella soluzione di problemi complessi in una vasta area di settori industriali (nessun call center). – KARALIT srl |P.IVA: 03126020928 | POLARIS – Parco Tecnologico della Sardegna | Edificio 2 | Loc. Piscinamanna | 09010 Pula (CA) – Italy – Email: info@karalit.com

CAEdevice

Amministratore della rete CAEdevice

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