Të gjithë e dinë se çfarë është aerodinamika për një makinë. Sa më i efektshëm trupi i tij, aq më pak rezistencë ndaj lëvizjes dhe më pak konsum karburanti. Një makinë e tillë jo vetëm që do t'ju kursejë para, por do të hedhë më pak mbeturina në mjedis. Përgjigja është e thjeshtë, por larg të qenit e plotë. Specialistët e aerodinamikës, duke përfunduar trupin e modelit të ri, gjithashtu:
- llogarit shpërndarjen përgjatë akseve të ashensorit, gjë që është shumë e rëndësishme duke pasur parasysh shpejtësitë e konsiderueshme të makinave moderne,
- siguroni akses ajri për ftohjen e motorit dhe frenave,
- mendoni për vendet e marrjes dhe daljes së ajrit për sistemin e ventilimit të brendshëm,
- përpiquni të zvogëloni nivelin e zhurmës në kabinë,
- optimizoni formën e pjesëve të trupit për të reduktuar ndotjen e xhamit, pasqyrave dhe pajisjeve të ndriçimit.
Për më tepër, zgjidhja e një detyre shpesh bie ndesh me zbatimin e një tjetre. Për shembull, zvogëlimi i koeficientit të zvarritjes përmirëson thjeshtimin, por në të njëjtën kohë dëmton rezistencën e automjetit ndaj goditjeve të erës së kundërt. Prandaj, ekspertët duhet të kërkojnë një kompromis të arsyeshëm.
Zvarritje e reduktuar
Nga çfarë varet forca e tërheqjes? Dy parametra kanë një ndikim vendimtar në të - koeficienti i tërheqjes aerodinamike Cx dhe zona e seksionit kryq të automjetit (në mes të anijes). Është e mundur të zvogëlohet seksioni i mesit duke e bërë trupin më të ulët dhe më të ngushtë, por vështirë se ka shumë blerës për një makinë të tillë. Prandaj, drejtimi kryesor i përmirësimit të aerodinamikës së një makine është optimizimi i rrjedhës rreth trupit, me fjalë të tjera, zvogëlimi i Cx. Koeficienti i tërheqjes Cx është një sasi pa dimension që përcaktohet eksperimentalisht. Për makinat moderne, ajo shtrihet në intervalin 0.26-0.38. Në burimet e huaja, koeficienti i tërheqjes nganjëherë shënohet Cd (koeficienti i tërheqjes). Trupi në formë pike ka një riorganizim ideal, Cx prej të cilit është 0.04. Gjatë lëvizjes, ai shkurton pa probleme rrymat e ajrit, të cilat më pas të papenguara, pa thyerje, mbyllen në "bishtin" e tij.
Masat e ajrit sillen ndryshe kur makina është në lëvizje. Këtu, rezistenca e ajrit përbëhet nga tre komponentë:
- rezistenca e brendshme kur ajri kalon nëpër ndarjen e motorit dhe brendësinë,
- rezistencën e fërkimit të rrymave të ajrit në sipërfaqet e jashtme të trupit dhe
- formojnë rezistencë.
Komponenti i tretë ka ndikimin më të madh në aerodinamikën e makinës. Duke lëvizur, makina ngjesh masat ajrore përpara saj, duke krijuar një zonë presioni të shtuar. Ajri rrjedh rreth trupit dhe aty ku mbaron, rrjedha e ajrit ndahet, krijohen turbulenca dhe një zonë me presion të reduktuar. Kështu, zona me presion të lartë në pjesën e përparme e pengon makinën të ecë përpara, dhe zona me presion të ulët në pjesën e pasme e "thith" atë prapa. Forca e vorbullave dhe madhësia e zonës me presion të ulët përcaktohen nga forma e pjesës së pasme të trupit.
Performanca më e mirë aerodinamike demonstrohet nga makina me një seksion të pasmë të shkallëzuar - sedan dhe kupë. Shpjegimi është i thjeshtë - rryma e ajrit që ka rënë nga çatia bie menjëherë mbi kapakun e bagazhit, ku normalizohet dhe më në fund shkëputet nga buza e tij. Rrjedhat anësore bien gjithashtu në bagazh, gjë që parandalon formimin e vorbullave të dëmshme pas makinës. Prandaj, sa më i lartë dhe më i gjatë të jetë kapaku i bagazhit, aq më i mirë është performanca aerodinamike. Në sedan dhe kupa të mëdhenj, ndonjëherë është madje e mundur të arrihet një rrjedhje e vazhdueshme rreth trupit. Një zvogëlim i lehtë i pjesës së pasme gjithashtu ndihmon në uljen e Cx. Skaji i trungut bëhet i mprehtë ose në formën e një zgjatje të vogël - kjo siguron ndarjen e rrjedhës së ajrit pa turbulenca. Si rezultat, zona pas automjetit është e vogël.
Pjesa e poshtme e makinës gjithashtu ndikon në aerodinamikën e saj. Pjesët e zgjatura të pezullimit dhe të sistemit të shkarkimit rrisin tërheqjen. Për ta zvogëluar atë, ata përpiqen të lëmojnë pjesën e poshtme sa më shumë që të jetë e mundur ose të mbulojnë me mburoja gjithçka që "ngjitet" poshtë parakolpit. Ndonjëherë vendoset një spoiler i vogël përpara. Spoileri zvogëlon rrjedhën e ajrit nën automjet. Por këtu është e rëndësishme të dini se kur duhet të ndaloni. Një spoiler i madh do të rrisë ndjeshëm rezistencën, por makina do të jetë më e mirë të "ngulet" në rrugë. Por më shumë për këtë në pjesën tjetër.
Downforce
Dizajnerët e makinave konvencionale të prodhimit nuk duhet të shpikin ndonjë masë të veçantë për të luftuar këtë fenomen, pasi ajo që po bëhet për të përmirësuar riorganizimin në të njëjtën kohë rrit forcën e kundërt. Për shembull, optimizimi i pjesës së pasme redukton zonën e vakumit pas automjetit dhe për këtë arsye redukton ngritjen. Rrafshimi i pjesës së poshtme jo vetëm që zvogëlon rezistencën ndaj lëvizjes së ajrit, por gjithashtu rrit shpejtësinë e rrjedhës dhe për këtë arsye zvogëlon presionin nën automjet. Kjo, nga ana tjetër, çon në një ulje të ngritjes. Po kështu, spoileri i pasmë përmbush dy detyra. Ai jo vetëm që zvogëlon formimin e vorbullës, duke përmirësuar Cx, por gjithashtu e shtyn makinën në rrugë në të njëjtën kohë për shkak të rrjedhës së ajrit që e zmbraps atë. Ndonjëherë spoileri i pasmë është projektuar vetëm për të rritur forcën poshtë. Në këtë rast, ai është i madh dhe i anuar ose i tërhequr, duke hyrë në punë vetëm me shpejtësi të lartë.
Për modelet sportive dhe garash, masat e përshkruara, natyrisht, do të jenë joefektive. Për t'i mbajtur ata në rrugë, ju duhet të krijoni shumë forcë negative. Për këtë, përdoret një spoiler i madh përpara, funde anësore dhe panele krahësh. Por të instaluar në makinat e prodhimit, këta elementë do të luajnë vetëm një rol dekorativ, duke kënaqur krenarinë e pronarit. Ata nuk do të japin ndonjë përfitim praktik, por, përkundrazi, do të rrisin rezistencën ndaj lëvizjes. Shumë shoferë, nga rruga, ngatërrojnë një spoiler me një krah, megjithëse është mjaft e lehtë të dallosh midis tyre. Spoileri është gjithmonë i shtypur në trup, duke krijuar një tërësi të vetme me të. Krahu është instaluar në një distancë nga trupi.
Aerodinamika praktike
Ndjekja e disa rregullave të thjeshta do t'ju lejojë të kurseni nga ajri i hollë duke reduktuar konsumin e karburantit. Megjithatë, këto këshilla do të jenë të dobishme vetëm për ata që udhëtojnë shpesh dhe shumë në autostradë.
Gjatë vozitjes, një pjesë e konsiderueshme e fuqisë së motorit shpenzohet për tejkalimin e rezistencës së ajrit. Sa më e lartë të jetë shpejtësia, aq më e lartë është rezistenca (dhe rrjedhimisht konsumi i karburantit). Prandaj, nëse ulni shpejtësinë edhe me 10 km/h, do të kurseni deri në 1 litër për 100 km. Në këtë rast, humbja e kohës do të jetë e parëndësishme. Megjithatë, kjo e vërtetë është e njohur për shumicën e shoferëve. Por hollësitë e tjera "aerodinamike" nuk janë të njohura për të gjithë.
Konsumi i karburantit varet nga koeficienti i tërheqjes dhe zona e prerjes tërthore të automjetit. Nëse mendoni se këto parametra janë vendosur në fabrikë dhe pronari i makinës nuk mund t'i ndryshojë ato, atëherë gaboheni! Ndryshimi i tyre nuk është aspak i vështirë dhe mund të arrini efekte pozitive dhe negative.
Çfarë e rrit shpenzimin? Ngarkesa në çati "ha" karburantin e tepërt. Dhe madje edhe një kuti e thjeshtë do të marrë të paktën një litër për njëqind. Dritaret dhe çelja e hapur gjatë lëvizjes djegin karburant në mënyrë të paarsyeshme. Nëse mbani një ngarkesë të gjatë me një bagazh pak të hapur, do të keni gjithashtu një tejkalim. Elementë të ndryshëm dekorativë, si p.sh. një fanellë në kapuç ("miza e mizave"), "mbrojtës parakolp", një krah dhe elementë të tjerë të akordimit në shtëpi, megjithëse do të sjellin kënaqësi estetike, do t'ju bëjnë të shpenzoni para shtesë. Shikoni poshtë - çdo gjë që ulet dhe duket nën vijën e pragut do të duhet të paguajë ekstra. Edhe një gjë e tillë e vogël si mungesa e kapakëve plastikë në rripat e çelikut rrit konsumin. Secili nga faktorët ose pjesët e listuara individualisht nuk e rrit shumë konsumin - nga 50 në 500 g për 100 km. Por nëse mbledhim gjithçka, përsëri do të "kalojë" rreth një litër për njëqind. Këto llogaritje janë të vlefshme për makinat e vogla me një shpejtësi prej 90 km / orë. Pronarët e makinave të mëdha dhe dashamirët e shpejtësive më të larta lejojnë rritjen e konsumit.
Nëse plotësohen të gjitha kushtet e mësipërme, ne mund të shmangim shpenzimet e panevojshme. A është e mundur të zvogëlohen më tej humbjet? Mund! Por kjo do të kërkojë një akordim të vogël të jashtëm (ne po flasim, natyrisht, për elementë të ekzekutuar profesionalisht). Kompleti i trupit aerodinamik të përparmë nuk lejon që rryma e ajrit të "shpërthejë" nën pjesën e poshtme të makinës, mbulesat e pragut mbulojnë pjesën e spikatur të rrotave, spoileri parandalon formimin e turbulencës pas "stërmës" së makinës. Megjithëse spoileri zakonisht është i përfshirë tashmë në strukturën e trupit të një makine moderne.
Pra, marrja e kursimeve nga ajri i hollë është mjaft reale.
Rregullorja aktuale i lejon ekipet të testojnë modelet e makinave në një tunel me erë që nuk kalojnë 60% të shkallës. Në një intervistë për F1Racing, ish-drejtori i ekipit të Renault, Pat Symonds foli për specifikat e kësaj pune ...
Pat Symonds: “Sot, të gjitha ekipet punojnë me modele të shkallës 50% ose 60%, por nuk ishte gjithmonë kështu. Testet e para aerodinamike në vitet '80 u kryen me modele në 25% të vlerës reale - fuqia e tuneleve të erës në Universitetin e Southampton dhe Imperial College në Londër nuk lejoi më shumë - vetëm atje ishte e mundur të instalohej modelet në një bazë lëvizëse. Më pas u shfaqën tunele me erë, në të cilat ishte e mundur të punohej me modele në 33% dhe 50%, dhe tani, për shkak të nevojës për të kufizuar kostot, ekipet ranë dakord të testonin modelet jo më shumë se 60% me një shpejtësi të rrjedhës së ajrit jo më shumë se 50 metra në sekondë.
Kur zgjedhin shkallën e modelit, ekipet bazohen në aftësitë e tunelit ekzistues të erës. Për të marrë rezultate të sakta, dimensionet e modelit nuk duhet të kalojnë 5% të pjesës së zonës së punës të tubit. Është më e lirë të prodhohen modele në shkallë më të vogël, por sa më i vogël të jetë modeli, aq më e vështirë është të ruhet saktësia e kërkuar. Ashtu si me shumë çështje të tjera të zhvillimit të makinave të Formula 1, këtu ju duhet të gjeni kompromisin më të mirë.
Në kohët e vjetra, modele bëheshin nga druri i pemës Diera që rritet në Malajzi, e cila ka një densitet të ulët, tani përdoren pajisje për stereolithografi me lazer - një rreze lazer infra të kuqe polimerizon materialin e përbërë, duke marrë një pjesë me karakteristika të specifikuara në prodhimit. Kjo metodë bën të mundur testimin e efektivitetit të një ideje të re inxhinierike në një tunel me erë brenda pak orësh.
Sa më saktë të ekzekutohet modeli, aq më i besueshëm është informacioni i marrë gjatë pastrimit të tij. Çdo gjë e vogël është e rëndësishme këtu, edhe përmes tubave të shkarkimit, rrjedha e gazrave duhet të kalojë me të njëjtën shpejtësi si në një makinë të vërtetë. Ekipet po përpiqen të arrijnë saktësinë më të lartë të mundshme të simulimit për pajisjet në dispozicion.
Për shumë vite, në vend të gomave janë përdorur kopje në shkallë të gjerë të najlonit ose fibrave të karbonit, dhe përparim serioz u bë kur Michelin bëri kopje të sakta të zvogëluara të gomave të tyre të garave. Modeli i makinës është i pajisur me një sërë sensorësh për të matur presionin e ajrit dhe një sistem që ju lejon të ndryshoni ekuilibrin.
Modelet, duke përfshirë pajisjet matëse të instaluara në to, janë pak më inferiorë në kosto ndaj makinave reale - për shembull, ato janë më të shtrenjta se makinat e vërteta GP2. Kjo është në fakt një zgjidhje jashtëzakonisht e vështirë. Një kornizë bazë me sensorë kushton rreth 800 mijë dollarë, mund të përdoret për disa vite, por zakonisht ekipet kanë dy grupe që të mos ndalojnë së punuari.
Çdo modifikim i elementeve të trupit ose i pezullimit çon në nevojën për të prodhuar një version të ri të kompletit të trupit, i cili kushton një çerek milioni tjetër. Në të njëjtën kohë, vetë funksionimi i tunelit të erës kushton rreth një mijë dollarë në orë dhe kërkon praninë e 90 punonjësve. Ekipet serioze shpenzojnë rreth 18 milionë dollarë në sezon për këtë hulumtim.
Shpenzimet po shpërblehen. Një rritje prej 1% në forcën down ju lejon të luani një të dhjetën e sekondës në një pistë reale. Në kushtet e rregulloreve të qëndrueshme, inxhinierët luajnë për kaq shumë në muaj, kështu që vetëm në departamentin e modelimit, çdo e dhjeta i kushton ekipit gjysmë milioni dollarë.
Që kur njeriu i parë fiksoi një gur të mprehur në fundin e një shtize, njerëzit janë përpjekur gjithmonë të gjejnë formën më të mirë për objektet që lëvizin në ajër. Por makina doli të ishte një enigmë shumë komplekse aerodinamike.
Bazat e llogaritjeve të tërheqjes për lëvizjen e makinave në rrugë na ofrojnë katër forca kryesore që veprojnë në makinë gjatë drejtimit: rezistenca e ajrit, rezistenca e rrotullimit, rezistenca e ngritjes dhe forcat inerciale. Vihet re se vetëm dy të parat janë kryesoret. Forca e rezistencës së rrotullimit të një rrote makine varet kryesisht nga deformimi i gomës dhe i rrugës në zonën e kontaktit. Por tashmë me një shpejtësi prej 50-60 km / orë, forca e rezistencës së ajrit tejkalon çdo tjetër, dhe me shpejtësi mbi 70-100 km / orë, i tejkalon të gjitha të kombinuara. Për të vërtetuar këtë pohim, është e nevojshme të jepet formula e përafërt e mëposhtme: Px = Cx * F * v2, ku: Px - forca e rezistencës së ajrit; v - shpejtësia e automjetit (m / s); F është zona e projeksionit të makinës në një plan pingul me boshtin gjatësor të makinës, ose zona e seksionit kryq më të madh të makinës, d.m.th., sipërfaqja ballore (m2); Cx - koeficienti i rezistencës së ajrit (koeficienti i riorganizimit). Shënim. Shpejtësia në formulë është në katror, që do të thotë se kur rritet, për shembull, dy herë, forca e rezistencës së ajrit rritet katër herë.
Në të njëjtën kohë, konsumi i energjisë që kërkohet për ta kapërcyer atë rritet tetë herë! Në garat Nascar, ku shpejtësitë tejkalojnë shenjën 300 km / orë, është vërtetuar eksperimentalisht se për të rritur shpejtësinë maksimale me vetëm 8 km / orë, është e nevojshme të rritet fuqia e motorit me 62 kW (83 hp) ose të zvogëlohet Cx me 15%. ... Ekziston një mënyrë tjetër - për të zvogëluar zonën ballore të makinës. Shumë supermakina me shpejtësi të lartë janë shumë më poshtë se makinat e zakonshme. Kjo është vetëm një shenjë e punës për të zvogëluar zonën ballore. Megjithatë, kjo procedurë mund të kryhet deri në kufij të caktuar, përndryshe do të jetë e pamundur të përdoret një makinë e tillë. Për këtë dhe arsye të tjera, riorganizimi është një nga çështjet kryesore kur dizajnoni një makinë. Sigurisht, forca e rezistencës ndikohet jo vetëm nga shpejtësia e makinës dhe parametrat e saj gjeometrikë. Për shembull, sa më e lartë të jetë dendësia e ajrit, aq më e madhe është rezistenca. Nga ana tjetër, dendësia e ajrit varet drejtpërdrejt nga temperatura dhe lartësia e tij mbi nivelin e detit. Me rritjen e temperaturës rritet dendësia e ajrit (pra dhe viskoziteti i tij), ndërsa lart në male ajri është më i rrallë, dhe dendësia e tij është më e ulët, e kështu me radhë. Ka shumë nuanca të tilla.
Por përsëri në formën e makinës. Cila temë ka riorganizimin më të mirë? Përgjigja për këtë pyetje është e njohur për pothuajse çdo student (që nuk ka fjetur në mësimet e fizikës). Një pikë uji që bie merr formën më aerodinamike. Kjo do të thotë, një sipërfaqe ballore e rrumbullakosur dhe një shpinë e gjatë që zvogëlohet pa probleme (raporti më i mirë është 6 herë gjatësia e gjerësisë). Koeficienti i tërheqjes është një vlerë eksperimentale. Numerikisht, është e barabartë me forcën e rezistencës së ajrit në njuton, e krijuar kur lëviz me një shpejtësi prej 1 m / s për 1 m2 të zonës ballore. Për një njësi referimi, është zakon të merret në konsideratë Cx e një pllake të sheshtë = 1. Pra, një pikë uji ka Cx = 0.04. Tani imagjinoni një makinë të kësaj forme. E pakuptimta, apo jo? Jo vetëm që një gjë e tillë në rrota do të duket disi e karikaturuar, por nuk do të jetë shumë e përshtatshme ta përdorni këtë makinë për qëllimin e saj. Prandaj, projektuesit janë të detyruar të gjejnë një kompromis midis aerodinamikës së makinës dhe komoditetit të përdorimit të saj. Përpjekjet e vazhdueshme për të ulur koeficientin e rezistencës së ajrit kanë çuar në faktin se disa makina moderne kanë Cx = 0.28-0.25. Epo, makinat me rekord me shpejtësi të lartë mburren Cx = 0.2-0.15.
Forcat e rezistencës
Tani është e nevojshme të flasim pak për vetitë e ajrit. Siç e dini, çdo gaz përbëhet nga molekula. Ata janë në lëvizje dhe ndërveprim të vazhdueshëm me njëri-tjetrin. Shfaqen të ashtuquajturat forcat van der Waals - forcat e tërheqjes së ndërsjellë të molekulave, të cilat i pengojnë ata të lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën. Disa prej tyre fillojnë të ngjiten më fort me pjesën tjetër. Dhe me një rritje të lëvizjes kaotike të molekulave, efektiviteti i veprimit të një shtrese ajri në një tjetër rritet, dhe viskoziteti rritet. Dhe kjo ndodh për shkak të rritjes së temperaturës së ajrit, dhe kjo mund të shkaktohet si nga ngrohja direkte nga dielli, ashtu edhe në mënyrë indirekte nga fërkimi i ajrit kundër çdo sipërfaqeje ose thjesht shtresave të saj midis tyre. Këtu ndikon shpejtësia e lëvizjes. Për të kuptuar se si kjo ndikon në makinë, thjesht përpiquni të tundni dorën me një pëllëmbë të hapur. Nëse e bëni ngadalë, asgjë nuk ndodh, por nëse tundni dorën më fort, pëllëmba tashmë percepton qartë disa rezistencë. Por ky është vetëm një komponent.
Kur ajri lëviz mbi një sipërfaqe të palëvizshme (për shembull, trupin e një makine), të njëjtat forca van der Waals kontribuojnë në faktin që shtresa më e afërt e molekulave fillon të ngjitet në të. Dhe kjo shtresë "e mbërthyer" ngadalëson shtresën tjetër. Dhe kështu, shtresa pas shtrese, dhe sa më shpejt të lëvizin molekulat e ajrit, aq më larg janë ato nga sipërfaqja e palëvizshme. Në fund, shpejtësia e tyre barazohet me shpejtësinë e rrjedhës kryesore të ajrit. Shtresa në të cilën grimcat lëvizin ngadalë quhet shtresa kufitare dhe shfaqet në çdo sipërfaqe. Sa më e lartë të jetë vlera e energjisë sipërfaqësore të materialit të veshjes së makinës, aq më e fortë ndërvepron sipërfaqja e saj në nivel molekular me mjedisin ajror përreth dhe aq më shumë energji duhet të shpenzohet për shkatërrimin e këtyre forcave. Tani, bazuar në llogaritjet e mësipërme teorike, mund të themi se rezistenca e ajrit nuk është vetëm goditja e erës në xhamin e përparmë. Ky proces ka më shumë komponentë.
Forma e rezistencës
Kjo është pjesa më e rëndësishme - deri në 60% të të gjitha humbjeve aerodinamike. Kjo shpesh quhet rezistencë ndaj presionit ose tërheqje. Gjatë vozitjes, makina ngjesh rrymën e ajrit në hyrje dhe kapërcen përpjekjen për të larguar molekulat e ajrit. Rezultati është një zonë e presionit të rritur. Më tej, ajri rrjedh rreth sipërfaqes së makinës. Gjatë procesit, ka një prishje të avionëve të ajrit me formimin e vorbullave. Ndalimi përfundimtar i rrjedhës së ajrit në pjesën e pasme të makinës krijon një zonë me presion të reduktuar. Rezistenca në pjesën e përparme dhe efekti i thithjes në pjesën e pasme të automjetit krijojnë një rezistencë shumë të fortë. Ky fakt i detyron projektuesit dhe konstruktorët të kërkojnë mënyra për të dhënë karrocerinë. Rregulloni në rafte.
Tani është e nevojshme të merret parasysh forma e makinës, siç thonë ata, "nga parakolpi në parakolp". Cilat pjesë dhe elementë kanë një ndikim më të madh në aerodinamikën e përgjithshme të makinës? Pjesa e përparme e trupit. Eksperimentet në një tunel me erë kanë treguar se për një aerodinamikë më të mirë, pjesa e përparme e trupit duhet të jetë e ulët, e gjerë dhe të mos ketë qoshe të mprehta. Në këtë rast, nuk ka ndarje të rrjedhës së ajrit, e cila ka një efekt shumë të dobishëm në thjeshtimin e makinës. Grila e radiatorit shpesh nuk është vetëm funksionale, por edhe dekorative. Në fund të fundit, radiatori dhe motori duhet të kenë rrjedhje efektive të ajrit, kështu që ky element është shumë i rëndësishëm. Disa prodhues makinash studiojnë ergonominë dhe shpërndarjen e rrjedhës së ajrit në ndarjen e motorit po aq seriozisht sa aerodinamika e përgjithshme e një makine. Pjerrësia e xhamit të përparmë është një shembull shumë i qartë i kompromisit midis thjeshtimit, ergonomisë dhe performancës. Pjerrësia e pamjaftueshme krijon rezistencë të panevojshme, dhe e tepruar - rrit pluhurin dhe peshën e vetë xhamit, dukshmëria bie ndjeshëm në muzg, kërkohet të rritet madhësia e fshirësit, etj. Kalimi nga xhami në mur anësor duhet të kryhet pa probleme.
Por nuk duhet të tërhiqeni nga lakimi i tepërt i xhamit - kjo mund të rrisë shtrembërimin dhe të dëmtojë dukshmërinë. Efekti i shtyllës së xhamit të përparmë në tërheqjen varet shumë nga pozicioni dhe forma e xhamit të përparmë, si dhe nga forma e pjesës së përparme. Por, duke punuar në formën e shtyllës, nuk duhet të harrohet mbrojtja e dritareve anësore të përparme nga uji i shiut dhe papastërtia e hedhur nga xhami, mbajtja e një niveli të pranueshëm të zhurmës së jashtme aerodinamike, etj. Kulmi. Një rritje në konveksitetin e çatisë mund të çojë në një ulje të koeficientit të tërheqjes. Por një rritje e konsiderueshme e fryrjes mund të bie ndesh me modelin e përgjithshëm të automjetit. Përveç kësaj, nëse rritja e konveksitetit shoqërohet me një rritje të njëkohshme të zonës së rezistencës ballore, atëherë forca e rezistencës së ajrit rritet. Nga ana tjetër, nëse përpiqeni të ruani lartësinë origjinale, atëherë xhami i përparmë dhe xhamat e pasmë do të duhet të futen në çati, pasi dukshmëria nuk duhet të përkeqësohet. Kjo do të çojë në një rritje të kostos së xhamit, ndërsa ulja e forcës së rezistencës së ajrit në këtë rast nuk është aq e rëndësishme.
Sipërfaqet anësore. Nga pikëpamja aerodinamike e makinës, sipërfaqet anësore kanë pak ndikim në krijimin e një rryme pa vorbull. Por nuk mund t'i rrumbullakosni shumë. Përndryshe, do të jetë e vështirë të futesh në një makinë të tillë. Syzet duhet, nëse është e mundur, të jenë integrale me sipërfaqen anësore dhe të jenë në përputhje me konturin e jashtëm të automjetit. Çdo hap dhe kërcyes krijon pengesa shtesë për kalimin e ajrit dhe shfaqen turbulenca të padëshiruara. Do të vini re se ulluqet, të cilat më parë ishin të pranishme në pothuajse çdo automjet, nuk përdoren më. Janë shfaqur zgjidhje të tjera të projektimit që nuk kanë një ndikim kaq të madh në aerodinamikën e makinës.
Pjesa e pasme e makinës ka ndoshta ndikimin më të madh në raportin e thjeshtëzimit. Shpjegimi është i thjeshtë. Në pjesën e pasme, rrjedha e ajrit shkëputet dhe krijon vorbulla. Pjesa e pasme e një makine është pothuajse e pamundur të bëhet aq e thjeshtë sa një airship (6 herë gjerësia). Prandaj, ata punojnë në formën e tij më me kujdes. Një nga parametrat kryesorë është këndi i prirjes së pjesës së pasme të makinës. Shembulli i makinës ruse "Moskvich-2141" tashmë është bërë një libër shkollor, ku vendimi fatkeq i pjesës së pasme përkeqësoi ndjeshëm aerodinamikën e përgjithshme të makinës. Por, nga ana tjetër, xhami i pasmë i "muscovitit" mbeti gjithmonë i pastër. Kompromis përsëri. Kjo është arsyeja pse kaq shumë lidhje shtesë janë bërë posaçërisht për pjesën e pasme të makinës: spoilerët, spoilerët, etj. Së bashku me këndin e pjerrësisë së pjesës së pasme, koeficienti i tërheqjes aerodinamike ndikohet fuqishëm nga dizajni dhe forma e skajit anësor të pjesa e pasme e makinës. Për shembull, nëse shikoni pothuajse çdo makinë moderne nga lart, mund të shihni menjëherë se trupi është më i gjerë përpara sesa prapa. Kjo është gjithashtu aerodinamikë. Pjesa e poshtme e makinës.
Siç mund të duket në fillim, kjo pjesë e trupit nuk ka asnjë efekt në aerodinamikën. Por këtu ekziston një aspekt i tillë si forca e ulët. Qëndrueshmëria e makinës varet nga ajo dhe sa saktë organizohet fluksi i ajrit nën pjesën e poshtme të makinës, si rezultat varet forca e "ngjitjes" së saj në rrugë. Kjo do të thotë, nëse ajri nën makinë nuk zgjatet, por rrjedh shpejt, atëherë presioni i reduktuar që lind atje do ta shtyp makinën kundër rrugës. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për automjetet konvencionale. Fakti është se në makinat e garave që konkurrojnë në sipërfaqe të njëtrajtshme me cilësi të lartë, mund të vendosni një hapësirë kaq të ulët sa të fillojë të shfaqet efekti i një "jastëku tokësor", në të cilin forca e uljes rritet dhe zvarritja zvogëlohet. Për automjetet normale, hapësira e ulët nga toka është e papranueshme. Prandaj, projektuesit kohët e fundit janë përpjekur të zbutin pjesën e poshtme të makinës sa më shumë që të jetë e mundur, të mbulojnë me mburoja elemente të pabarabarta si tubat e shkarkimit, krahët e pezullimit etj.. Nga rruga, harqet e rrotave kanë një efekt shumë të madh në aerodinamikën e një makinë. Nishet e dizajnuara në mënyrë jo të duhur mund të krijojnë ngritje shtesë.
Dhe përsëri era
Eshtë e panevojshme të thuhet se fuqia e kërkuar e motorit varet nga riorganizimi i makinës, dhe rrjedhimisht nga konsumi i karburantit (d.m.th. nga kuleta). Megjithatë, aerodinamika shkon përtej shpejtësisë dhe efikasitetit. Jo vendi i fundit është i zënë nga detyrat e sigurimit të stabilitetit të mirë të drejtimit, kontrollueshmërisë së automjetit dhe uljes së zhurmës gjatë lëvizjes së tij. Me zhurmën, gjithçka është e qartë: sa më mirë të jetë thjeshtimi i makinës, cilësia e sipërfaqeve, sa më e vogël të jetë madhësia e boshllëqeve dhe numri i elementeve të zgjatur, etj., aq më pak zhurmë. Dizajnerët duhet të mendojnë për një aspekt të tillë si momenti i shpalosjes. Ky efekt është i njohur për shumicën e shoferëve. Kushdo që të paktën një herë ka kaluar një "kamion" me shpejtësi të madhe, ose thjesht ka kaluar në një erë të fortë kundërt, duhet të ketë ndjerë pamjen e një rrotullimi apo edhe një kthesë të lehtë të makinës. Nuk ka kuptim të shpjegohet ky efekt, por ky është pikërisht problemi i aerodinamikës.
Kjo është arsyeja pse koeficienti Cx nuk është i vetmi. Në fund të fundit, ajri mund të ndikojë në makinë jo vetëm "me kokë", por edhe nga kënde të ndryshme dhe në drejtime të ndryshme. Dhe e gjithë kjo ka një ndikim në trajtimin dhe sigurinë. Këto janë vetëm disa nga aspektet kryesore që ndikojnë në forcën e përgjithshme të rezistencës së ajrit. Është e pamundur të llogariten të gjithë parametrat. Formulat ekzistuese nuk japin një pasqyrë të plotë. Prandaj, projektuesit studiojnë aerodinamikën e makinës dhe rregullojnë formën e saj duke përdorur një mjet kaq të shtrenjtë si një tunel me erë. Firmat perëndimore nuk kursejnë para për ndërtimin e tyre. Kostoja e qendrave të tilla kërkimore mund të jetë në miliona dollarë. Për shembull: shqetësimi Daimler-Chrysler ka investuar 37.5 milion dollarë në krijimin e një kompleksi të specializuar për të përmirësuar aerodinamikën e makinave të saj. Aktualisht, tuneli i erës është mjeti më domethënës për studimin e forcave të rezistencës së ajrit që prekin një makinë.
Program kompjuterik për aerodinamikën dhe hidrodinamikën FlowVision projektuar për fryrje virtuale aerodinamike të objekteve të ndryshme teknike ose natyrore. Objektet mund të jenë produkte transporti, objekte energjetike, produkte ushtarako-industriale dhe të tjera. FlowVision mundëson simulimin e rrjedhës me shpejtësi të ndryshme të rrjedhës hyrëse dhe në shkallë të ndryshme të shqetësimit të saj (shkalla e turbulencës).
Procesi i modelimit kryhet rreptësisht në një formulim hapësinor tredimensional të problemit dhe vazhdon sipas parimit "siç është", i cili nënkupton mundësinë e studimit të një modeli të plotë gjeometrik të objektit të përdoruesit pa asnjë thjeshtësim. Sistemi i krijuar për përpunimin e gjeometrisë tredimensionale të importuar ju lejon të punoni pa dhimbje me modele të çdo kompleksiteti, ku përdoruesi, në fakt, zgjedh nivelin e detajeve të objektit të tij - nëse dëshiron të fryjë përmes një modeli të zbutur të thjeshtuar të kontureve të jashtme ose një model i plotë me të gjithë elementët strukturorë, deri te kokat e bulonave në buzët e rrotave dhe logon e prodhuesit në formën e një figurine në hundën e makinës.
Shpërndarja e shpejtësisë në afërsi të trupit të makinës garuese.
Janë marrë parasysh të gjitha detajet - foletë e rrotave, ndikimi i asimetrisë së foleve të timonit në modelin e rrjedhës.
FlowVision u krijua nga ekipi rus i zhvillimit (kompania TESIS, Rusi) më shumë se 10 vjet më parë dhe bazohet në zhvillimet e shkollës themelore dhe matematikore vendase. Sistemi u krijua me shpresën që përdoruesit e kualifikimeve të ndryshme - studentë, mësues, stilistë dhe shkencëtarë - do të punojnë me të. Ju mund të zgjidhni detyrat e thjeshta dhe komplekse në mënyrë të barabartë në mënyrë efektive.
Produkti përdoret në industri të ndryshme, shkencë dhe arsim - aviacion, astronautikë, energji, ndërtim anijesh, automobila, ekologji, inxhinieri mekanike, përpunim dhe industri kimike, mjekësi, industri bërthamore dhe sektorin e mbrojtjes dhe ka bazën më të madhe të instalimit në Rusi.
Në vitin 2001, me vendim të Këshillit Kryesor të Ministrisë së Federatës Ruse, FlowVision u rekomandua për t'u përfshirë në programin e mësimit të mekanikës së lëngjeve dhe gazit në universitetet ruse. Aktualisht, FlowVision përdoret si pjesë integrale e procesit arsimor të universiteteve kryesore në Rusi - MIPT, MPEI, Universiteti Teknik Shtetëror i Shën Petersburgut, Universiteti Vladimir, UNN dhe të tjerë.
Në vitin 2005, FlowVision kaloi teste dhe mori një certifikatë konformiteti nga Standardi Shtetëror i Federatës Ruse.
Karakteristikat kryesore
Në zemër të FlowVision Parimi i ligjit të ruajtjes së masës qëndron - sasia e materies që hyn në vëllimin e llogaritur të mbyllur të mbushur është e barabartë me sasinë e materies që zvogëlohet prej saj (shih Fig. 1).
Oriz. 1 Parimi i ligjit të ruajtjes së masës
Zgjidhja për një problem të tillë ndodh duke gjetur vlerën mesatare të një sasie në një vëllim të caktuar bazuar në të dhënat në kufijtë (teorema Ostrogradsky-Gauss).
Oriz. 2 Integrimi mbi vëllim bazuar në vlerat kufi
Për të marrë një zgjidhje më të saktë, vëllimi fillestar i llogaritur ndahet në vëllime më të vogla.
Oriz. 3 Trashja e rrjetit llogaritës
Procedura për ndarjen e vëllimit origjinal në vëllime më të vogla quhet NDËRTIMI I RRJETËS LLOGARITJES , dhe grupi i vëllimeve që rezultojnë është RRJETI LLOGARITJES ... Çdo vëllim i marrë në procesin e ndërtimit të rrjetit llogaritës quhet CELI LLOGARIT , në secilën prej të cilave vërehet edhe baraspesha e masave hyrëse dhe dalëse. Vëllimi i mbyllur në të cilin bëhet ndërtimi i rrjetit llogaritës quhet FUSHA E LLOGARITJES .
Arkitekturë
Ideologjia FlowVisionështë ndërtuar mbi bazën e një arkitekture të shpërndarë, ku një njësi programore që kryen llogaritjet aritmetike mund të vendoset në çdo kompjuter në rrjet - në një grup ose laptop me performancë të lartë. Arkitektura e paketës së softuerit është modulare, e cila ju lejon të futni pa dhimbje përmirësime dhe funksionalitete të reja në të. Modulet kryesore janë PrePostProcessor dhe një bllok zgjidhës, si dhe disa blloqe ndihmëse që kryejnë operacione të ndryshme për monitorim dhe akordim.
Shpërndarja e presionit mbi trupin e një makine sportive
Qëllimi funksional i Paraprocesorit përfshin importimin e gjeometrisë së domenit llogaritës nga sistemet e modelimit gjeometrik, vendosjen e modelit të mjedisit, vendosjen e kushteve fillestare dhe kufitare, modifikimin ose importimin e rrjetës llogaritëse dhe vendosjen e kritereve të konvergjencës, pas së cilës kontrolli transferohet në Zgjidhës. , i cili fillon procesin e ndërtimit të rrjetës llogaritëse dhe kryen llogaritjen sipas parametrave të specifikuar. Në procesin e llogaritjes, përdoruesi ka mundësinë të kryejë monitorim vizual dhe sasior të llogaritjes me mjetet e postprocesorit dhe të vlerësojë procesin e zhvillimit të zgjidhjes. Kur të arrihet vlera e kërkuar e kriterit të konvergjencës, procesi i numërimit mund të ndërpritet, pas së cilës rezultati bëhet plotësisht i disponueshëm për përdoruesit, i cili, duke përdorur mjetet e postprocesorit, mund të kryejë përpunimin e të dhënave - vizualizimin e rezultateve dhe vlerësimin sasior me vijim ruajtja në formate të të dhënave të jashtme.
Rrjeti llogaritës
V FlowVision përdoret një rrjet kompjuterik drejtkëndor, i cili automatikisht përshtatet me kufijtë e domenit llogaritës dhe zgjidhjes. Përafrimi i kufijve të lakuar me një shkallë të lartë saktësie sigurohet duke përdorur metodën e zgjidhjes së gjeometrisë së nënrrjetit. Kjo qasje ju lejon të punoni me modele gjeometrike që përbëhen nga sipërfaqe të çdo kompleksiteti.
Domeni fillestar llogaritës
Rrjetë ortogonale e mbivendosur në zonë
Prerja e rrjetës fillestare në kufijtë e rajonit
Rrjeti përfundimtar llogaritës
Gjenerimi automatik i një rrjete llogaritëse duke marrë parasysh lakimin e sipërfaqes
Nëse është e nevojshme të sqarohet zgjidhja në kufirin ose në vendin e duhur të vëllimit të llogaritur, është e mundur të përshtatet dinamikisht rrjeti llogaritës. Përshtatja është ndarja e qelizave të nivelit më të ulët në qeliza më të vogla. Përshtatja mund të jetë sipas kushteve kufitare, sipas vëllimit dhe me vendim. Rrjeta përshtatet në kufirin e specifikuar, në vendndodhjen e specifikuar të domenit llogaritës, ose me zgjidhje, duke marrë parasysh ndryshimin në ndryshoren dhe gradientin. Përshtatja kryhet si në drejtim të përsosjes së rrjetës ashtu edhe në drejtim të kundërt - bashkimi i qelizave të vogla në ato më të mëdha, deri në rrjetën e nivelit të hyrjes.
Teknologjia e përshtatjes së rrjetës llogaritëse
Trupa të lëvizshëm
Teknologjia e një trupi lëvizës ju lejon të vendosni një trup me formë arbitrare gjeometrike brenda fushës llogaritëse dhe t'i jepni atij lëvizje përkthimore dhe / ose rrotulluese. Ligji i lëvizjes mund të jetë konstant ose i ndryshueshëm në kohë dhe hapësirë. Lëvizja e trupit përcaktohet në tre mënyra kryesore:
Në mënyrë eksplicite përmes vendosjes së shpejtësisë së trupit;
- duke vendosur forcën që vepron mbi trup dhe duke e zhvendosur atë nga pika e fillimit
Nëpërmjet ndikimit nga mjedisi në të cilin ndodhet trupi.
Të tre metodat mund të kombinohen me njëra-tjetrën.
Hedhja e një rakete në një rrjedhë të paqëndrueshme nën ndikimin e gravitetit
Riprodhimi i eksperimentit Mach: lëvizja e topit me një shpejtësi prej 800 m / s
Llogaritja paralele
Një nga karakteristikat kryesore të paketës softuerike FlowVision teknologjitë e llogaritjes paralele, kur përdoren disa procesorë ose bërthama procesori për të zgjidhur një problem, gjë që bën të mundur përshpejtimin e llogaritjes në përpjesëtim me numrin e tyre.
Përshpejtimi i llogaritjes së problemit, në varësi të numrit të bërthamave të përfshira
Procedura e ekzekutimit paralel është plotësisht e automatizuar. Përdoruesi duhet vetëm të specifikojë numrin e bërthamave ose procesorëve në të cilët do të ekzekutohet detyra. Të gjitha veprimet e mëtejshme për ndarjen e domenit llogaritës në pjesë dhe shkëmbimin e të dhënave ndërmjet tyre do të kryhen nga algoritmi në mënyrë të pavarur, duke zgjedhur parametrat më të mirë.
Zbërthimi i qelizave afër sipërfaqes në 16 procesorë për problemet me dy makina
Komanda FlowVision mban lidhje të ngushta me përfaqësuesit e komuniteteve HPC (High Performance Computing) vendas dhe të huaj dhe merr pjesë në projekte të përbashkëta që synojnë arritjen e mundësive të reja në fushën e përmirësimit të performancës në informatikë paralele.
Në vitin 2007, FlowVision, së bashku me Qendrën Kompjuterike Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës, u bënë pjesëmarrëse në programin federal për të krijuar një sistem kombëtar të vendbanimeve paralele teraflop. Si pjesë e programit, ekipi i zhvillimit përshtat FlowVision për të kryer llogaritje në shkallë të gjerë duke përdorur teknologjinë më moderne. Grupi SKIF-Chebyshev i instaluar në Qendrën Kompjuterike Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës përdoret si një platformë harduerike testuese.
Grupi SKIF-Chebyshev i instaluar në Qendrën e Informatikës Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës
SKIF- FlowVision për të përmirësuar efikasitetin e llogaritjes paralele. Në qershor 2008, llogaritjet e para praktike u kryen në 256 nyje të projektimit paralelisht.
Në vitin 2009, ekipi FlowVision, së bashku me Qendrën Kompjuterike Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës, kompaninë Sigma Technology dhe qendrën shkencore shtetërore TsAGI, u bënë pjesëmarrës në programin federal të synuar për krijimin e algoritmeve për zgjidhjen e problemeve të optimizimit paralel në problemet e aerodinamikës dhe hidrodinamikës. .
teksti, ilustrimet: kompania TESIS
Në shumë fusha të shkencës dhe teknologjisë që lidhen me shpejtësinë, shpesh është e nevojshme të llogariten forcat që veprojnë në një objekt. Një makinë moderne, avion luftarak, nëndetëse ose tren elektrik me shpejtësi të lartë - të gjitha ato ndikohen nga forcat aerodinamike. Saktësia e përcaktimit të madhësisë së këtyre forcave ndikon drejtpërdrejt në karakteristikat teknike të këtyre objekteve dhe aftësinë e tyre për të kryer detyra të caktuara. Në përgjithësi, forcat e fërkimit përcaktojnë nivelin e fuqisë së sistemit të shtytjes, ndërsa forcat anësore ndikojnë në kontrollueshmërinë e objektit.
Skema tradicionale e projektimit përdor goditjet e tunelit të erës (zakonisht modele të zvogëluara), testet e pishinës dhe testet në terren për të përcaktuar forcat. Sidoqoftë, të gjitha kërkimet eksperimentale janë një mënyrë mjaft e shtrenjtë për të marrë një njohuri të tillë. Për të testuar një pajisje model, së pari duhet ta bëni atë, më pas të hartoni një program testimi, të përgatisni një stendë dhe, në fund, të kryeni një sërë matjesh. Në këtë rast, në shumicën e rasteve, besueshmëria e rezultateve të testimit do të ndikohet nga supozimet e shkaktuara nga devijimet nga kushtet aktuale të funksionimit të objektit.
Eksperiment apo llogaritje?
Le të shqyrtojmë më në detaje arsyet e mospërputhjes midis rezultateve eksperimentale dhe sjelljes reale të objektit.
Kur studioni modele në një hapësirë të kufizuar, për shembull, në tunele me erë, sipërfaqet kufitare kanë një efekt të rëndësishëm në strukturën e rrjedhës rreth objektit. Zvogëlimi i shkallës së modelit ju lejon të zgjidhni këtë problem, megjithatë, duhet të merrni parasysh ndryshimin në numrin Reynolds (i ashtuquajturi efekti i shkallës).
Në disa raste, shtrembërimet mund të shkaktohen nga një mospërputhje thelbësore midis kushteve reale të rrjedhës rreth trupit dhe atyre të simuluara në tub. Për shembull, kur depërtojnë makina ose trena me shpejtësi të lartë, mungesa e një sipërfaqeje horizontale të lëvizshme në një tunel me erë ndryshon seriozisht modelin e përgjithshëm të rrjedhës dhe gjithashtu ndikon në ekuilibrin e forcave aerodinamike. Ky efekt shoqërohet me rritjen e shtresës kufitare.
Metodat e matjes sjellin gjithashtu gabime në vlerat e matura. Vendosja e gabuar e sensorëve në objekt ose orientimi i gabuar i pjesëve të tyre të punës mund të çojë në rezultate të pasakta.
Përshpejtimi i projektimit
Aktualisht, kompanitë kryesore të industrisë në fazën e projektimit paraprak përdorin gjerësisht teknologjitë e modelimit kompjuterik CAE. Kjo ju lejon të konsideroni më shumë opsione kur kërkoni dizajnin optimal.
Niveli modern i zhvillimit të paketës softuerike ANSYS CFX zgjeron ndjeshëm fushën e aplikimit të tij: nga modelimi i rrjedhave laminare deri te rrjedhat e turbullta me anizotropi të fortë parametrash.
Gama e gjerë e modeleve të turbulencës së përdorur përfshin modelet tradicionale RANS (Reynolds Averaged Navie-Stoks) me raportin më të mirë shpejtësi-saktësinë, modelin e turbulencës SST (Shear Stress Transport) (modeli me dy shtresa të Menter), i cili kombinon me sukses avantazhet e modelet e turbulencës ke dhe "kw". Për rrjedhat me anizotropi të zhvilluar, modelet RSM (Reynolds Stress Model) janë më të përshtatshme. Llogaritja e drejtpërdrejtë e parametrave të turbulencës së drejtimit bën të mundur përcaktimin më të saktë të karakteristikave të rrjedhës së vorbullës.
Në disa raste, rekomandohet përdorimi i modeleve të bazuara në teoritë e vorbullës: DES (Simulation Eddy e shkëputur) dhe LES (Simulation Vërshime të mëdha). Sidomos për rastet kur është veçanërisht e rëndësishme të merren parasysh proceset e tranzicionit laminar-turbulent, Modeli i Turbulencës së Tranzicionit është zhvilluar bazuar në teknologjinë e provuar mirë SST. Modeli i është nënshtruar një programi të gjerë testimi në objekte të ndryshme (nga tehet tek avionët e pasagjerëve) dhe ka treguar një korrelacion të shkëlqyer me të dhënat eksperimentale.
Aviacioni
Krijimi i avionëve modernë luftarakë dhe civilë është i pamundur pa një analizë të thellë të të gjitha karakteristikave të tij në fazën fillestare të projektimit. Efikasiteti i avionit, shpejtësia dhe manovrimi i tij varen drejtpërdrejt nga studimi i kujdesshëm i formës së sipërfaqeve dhe kontureve mbajtëse.
Sot, të gjithë prodhuesit kryesorë të avionëve përdorin analizat kompjuterike në një farë mase në zhvillimin e produkteve të reja.
Modeli i turbulencës kalimtare, i cili analizon saktë regjimet e rrjedhës afër laminare, rrjedhave me zona të zhvilluara të ndarjes dhe ribashkimit, hap mundësi të mëdha për analizën e prurjeve komplekse. Kjo zvogëlon më tej diferencën midis rezultateve të llogaritjeve numerike dhe pamjes reale të rrjedhës.
Automobilistikë
Një makinë moderne duhet të jetë më ekonomike me efikasitet të lartë të energjisë. Dhe sigurisht, komponentët kryesorë përcaktues janë motori dhe trupi.
Për të siguruar efikasitetin e të gjitha sistemeve të motorit, kompanitë kryesore perëndimore kanë përdorur prej kohësh teknologjitë e simulimit kompjuterik. Për shembull, Robert Bosch Gmbh (Gjermani), një prodhues i një game të gjerë komponentësh për automjetet moderne me naftë, përdori ANSYS CFX (për të përmirësuar karakteristikat e injektimit) në zhvillimin e një sistemi furnizimi me karburant Common Rail.
BMW, e cila ka fituar çmimin Ndërkombëtar i Motorit të Vitit për disa vite radhazi, përdor ANSYS CFX për të simuluar dhomat e djegies.
Aerodinamika e jashtme është gjithashtu një mjet për të përmirësuar efikasitetin e përdorimit të fuqisë së motorit. Zakonisht nuk bëhet fjalë vetëm për zvogëlimin e koeficientit të zvarritjes, por edhe për balancën e forcës rrëzuese të kërkuar nga çdo makinë me shpejtësi të lartë.
Shprehja përfundimtare e këtyre karakteristikave janë makina garash të klasave të ndryshme. Pa përjashtim, të gjithë pjesëmarrësit e kampionatit F1 përdorin analiza kompjuterike të aerodinamikës së makinave të tyre. Arritjet sportive tregojnë qartë përfitimet e këtyre teknologjive, shumë prej të cilave tashmë janë duke u aplikuar në automjetet e prodhimit.
Në Rusi, pionieri në këtë fushë është ekipi Active-Pro Racing: makina garash Formula 1600 zhvillon një shpejtësi mbi 250 km / orë dhe është kulmi i motorsportit rus të qarkut. Përdorimi i kompleksit ANSYS CFX (Fig. 4) për hartimin e një bishti të ri aerodinamik të makinës bëri të mundur uljen e ndjeshme të numrit të opsioneve të projektimit kur kërkoni një zgjidhje optimale.
Krahasimi i të dhënave të llogaritura dhe rezultateve të fryrjes në tunelin e erës tregoi diferencën e pritur. Shpjegohet nga dyshemeja e palëvizshme në tub, e cila shkaktoi një rritje në trashësinë e shtresës kufitare. Prandaj, elementët aerodinamikë, të vendosur mjaft ulët, funksionuan në kushte të panjohura.
Sidoqoftë, modeli kompjuterik korrespondonte plotësisht me kushtet reale të drejtimit, gjë që bëri të mundur përmirësimin e ndjeshëm të efikasitetit të pendës së makinës.
Ndërtimi
Arkitektët sot janë më të kënaqur me pamjen e jashtme të ndërtesave të projektuara se 20 apo 30 vjet më parë. Krijimet futuriste të arkitektëve modernë, si rregull, kanë forma komplekse gjeometrike për të cilat nuk dihen vlerat e koeficientëve aerodinamikë (të nevojshëm për caktimin e ngarkesave të erës së projektimit në strukturat mbështetëse).
Në këtë rast, përveç testeve tradicionale të tunelit të erës, mjetet CAE po përdoren gjithnjë e më shumë për të marrë karakteristikat aerodinamike të ndërtesës (dhe faktorët e forcës). Një shembull i një llogaritjeje të tillë në ANSYS CFX është paraqitur në Fig. 5.
Përveç kësaj, ANSYS CFX përdoret tradicionalisht për të simuluar sistemet e ventilimit dhe ngrohjes për ambientet industriale, ndërtesat e zyrave, zyrat dhe komplekset sportive dhe argëtuese.
Për të analizuar regjimin e temperaturës dhe natyrën e rrjedhave të ajrit në arenën e akullit të kompleksit sportiv Krylatskoye (Moskë), inxhinierët e Olof Granlund Oy (Finlandë) përdorën paketën softuerike ANSYS CFX. Stendat e stadiumit mund të strehojnë rreth 10 mijë spektatorë, dhe ngarkesa e nxehtësisë prej tyre mund të jetë më shumë se 1 MW (në shkallën 100-120 W / person). Për krahasim: duhen pak më shumë se 4 kW energji për të ngrohur 1 litër ujë nga 0 në 100 ° C.
Oriz. 5. Shpërndarja e presionit në sipërfaqen e strukturave
Duke përmbledhur
Siç mund ta shihni, teknologjia llogaritëse në aerodinamikë ka arritur një nivel që ne mund të ëndërronim vetëm 10 vjet më parë. Në të njëjtën kohë, nuk duhet të kundërshtoni modelimin kompjuterik ndaj kërkimit eksperimental - është shumë më mirë nëse këto metoda plotësojnë njëra-tjetrën.
Kompleksi ANSYS CFX gjithashtu i lejon inxhinierët të zgjidhin probleme të tilla komplekse si, për shembull, përcaktimi i deformimeve të një strukture kur ekspozohet ndaj ngarkesave aerodinamike. Kjo kontribuon në një formulim më korrekt të shumë problemeve të aerodinamikës së brendshme dhe të jashtme: nga problemet e valëvitjes së makinerive të tehut deri tek veprimi i erës dhe valëve në strukturat në det të hapur.
Të gjitha aftësitë llogaritëse të kompleksit ANSYS CFX janë gjithashtu të disponueshme në mjedisin ANSYS Workbench.