Parte 4 Assoalho FSAE - Unicampphoenics/EM974/PROJETOS/PROJETOS 1SE… · 2009. 6. 22. · correspondendo ao solo, e com velocidade igual ao do fluido do domínio, ou seja, do ar

Faculdade de Engenharia Mecânica UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

EM974 – Métodos Computacionais em Engenharia Térmica e Ambiental Prof. Eugênio Spanó Rosa

Estudo do Escoamento em uma Carenagem de Formula SAE pelo Uso do

Phoenics

Simulação Final

Assoalho

Grupo

Bruno Pucci – 042325 Mark Reimer – 045307

Junho de 2009



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ÍNDICE OBJETIVO ............................................................................................................................. 3 REFINAMENTO ................................................................................................................... 3 ANÁLISE ............................................................................................................................... 4 RESULTADOS ...................................................................................................................... 5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS E CONCLUSÃO ....................................................... 20



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OBJETIVO O objetivo desta Parte IV do Projeto de Simulação do Assoalho do veículo tipo Fórmula SAE é, conforme evidenciado passo a passo ao longo de todo o projeto, o aprimoramento do modelo e simulação do carro. Além disso, objetiva-se a obtenção de diversos valores de força, respectivas a cada distância do assoalho em relação ao solo, para posterior plotagem dos valores de coeficiente de sustentação, em função da distância, em um gráfico que será comparado com o da literatura citada na Parte III. REFINAMENTO Para a análise final do veículo utiliza-se novamente a ferramenta computacional Phoenics. Entretanto modificações foram realizadas. Aumento das dimensões X e Y do domínio

Na Parte III do projeto possuíamos um domínio com dimensões X(comprimento), e Y(largura) iguais às dimensões do carro. Com isso, o problema era tratado pelo Phoenics como um problema de simetria, ou seja, como se houvessem diversos carros lado a lado, conforme ilustrado na Figura 1 abaixo:

Figura 1: ilustração do problema em simetria



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Desta maneira, configura-se o problema atual para que ele não seja tratado como simétrico, e tenha desta maneira, a possibilidade de existência e atuação de escoamento transversal. Utilização de solo móvel

Anteriormente foi utilizado para análise apenas o movimento do fluido (tomado como 100 km/h). Isso significava que o carro está imóvel com relação ao solo, não correspondendo à realidade. Modificou-se desta maneira esta condição na nova análise, com a colocação de um “plate” correspondendo ao solo, e com velocidade igual ao do fluido do domínio, ou seja, do ar. Anexação de rodas ao carro

Acrescentaram-se rodas ao carro, com posicionamento igual ao do carro real, para que a simulação se assemelhasse mais à realidade. Sem a utilização de rodas, poderíamos estar descartando o fenômeno de encontro entre o fluido e as rodas, com posterior dispersão do fluido para o resto do domínio. Ativação das forças Para a obtenção das forças em cada uma das situações de altura do carro, ativou-se a opção de forças e momentos atuantes no carro (“Output of forces and moments on blockage objects”), em “Output”. ANÁLISE Assim, finalmente possuímos um novo sistema para análise: - Domínio definido, com X=5m, Y=3m, Z variante - Fluido do domínio com ar a 100 km/h - “Inlet” com posicionamento voltado para a parte dianteira do veículo, com velocidade de 100 km/h - “Outlet” com posicionamento voltado para a parte traseira do veículo - Assoalho do carro importado em “stl” do Pro-engineer, após desenho do veículo - Rodas traseiras e dianteiras - Solo móvel através do uso de “plate” com velocidade de 100 km/h



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Abaixo é ilustrado o novo problema a ser simulado, pela Figura 2:

Figura 2: novo sistema a ser simulado

RESULTADOS Com os novos dados de entrada e assim o novo sistema, realizamos a análise do sistema para diversas alturas do assoalho com relação ao solo. Foram variadas as alturas de 1 cm a 8 cm, obtendo-se resultados de forças de sustentação sob o veículo para cada caso, além de imagens da distribuição de pressão sob o mesmo.



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Abaixo são ilustradas imagens e o resultado das forças, sendo este na forma de uma tabela e posteriormente gráfico.

Figura 3: distribuição de pressão para a altura de 1 cm



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Figura 4: distribuição de pressão para a altura de 1,5 cm



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Para a confecção da coluna de pressão da tabela de pressão e força por altura foram utilizados dois pontos de coleta de valores, sendo eles o ponto do centro de gravidade do carro, deslocado para a traseira do carro, devido maior peso do conjunto traseiro; e o ponto na região traseira do assoalho, onde está localizado o semi-eixo traseiro do veículo, e, portanto, o local de maior tração do veículo, tração esta que é maximizada em sua utilização, através da aplicação da força sustentação sobre o veículo.

Tabela 1: força e pressão em relação à altura do carro



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Gráfico 1: força em relação à altura do carro

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

Altura (cm) x Pressão (Pa)

Centro de Gravidade (Pa)

Traseira (Pa)

Gráfico 2: pressão em relação à altura do carro



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DISCUSSÃO DOS RESULTADOS E CONCLUSÃO Através da análise da Tabela 1, observa-se que a região de pressão baixa e, portanto de força de sustentação negativa, que é encontrada principalmente em dois pontos do assoalho do veículo, possui variação dos valores de acordo com a modificação da altura do carro em relação ao solo. Esta variação pode ser mais bem analisada através do Gráfico 1. Fica evidente, através deste, que tal força de sustentação negativa possui maior intensidade na altura de 1,6cm, possui diminuição de intensidade para valores superiores e inferiores de altura. Deseja-se neste momento realizar a comparação da curva do Gráfico 1 com a curva teórica de coeficiente de sustentação por altura apresentada no relatório anterior e mostrada aqui novamente.

Gráfico 3: curva teórica de coeficiente de sustentação por altura

Deve-se ter em mente, entretanto, que a pesar do Gráfico 1 apresentar a comparação entre força e altura e não coeficiente e altura desejamos apenas realizar a comparação entre os formatos das curvas, que devem se assemelhar. Para que pudéssemos comparar com precisão aos valores dos coeficientes de sustentação, obtidos através das forças, seria necessário possuir referências teóricas de carros com formato de carenagem e assoalho semelhante ao nosso, ou seja, de carros de Fórmula SAE.



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Tais dados e referências são, entretanto, ainda muito escassas e, portanto de difícil obtenção. Assim, comparando os dois gráficos, observamos grande semelhança entre a tendência das curvas, que se iniciam com baixos valores de coeficiente/força de sustentação, têm sua intensidade aumentada até um valor máximo no vale da curva, e retornam a valores de menor módulo, com a elevação da altura. Força de sustentação máxima obtida: -508 N Altura referente: 1,5cm Pressão Máxima obtida (C.G.): -600 kPa Altura referente: 1,60 cm A simulação realizada previa segundo a literatura uma relação muito parecida com o gráfico encontrado, o que nos indica que a simulação foi realizada com as suposições corretas e as escolhas feitas no Phoenics foram bem analisadas e adequadas para se tornar a simulação próxima a realidade. Pela análise feita anteriormente na Revisão da Literatura e de acordo com os resultados obtidos, deve-se utilizar para o assoalho uma altura em relação ao solo menor que 2 cm.

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