Aerodinamica - 12 settimana

4) Vortice più famoso Y250, tratto dalla mezzeria fino a 250 mm

Non posso avere ala per regolamento.

Sezione sull'ala anteriore

CL -> Front turning vane

Alettore frontale da corsa

• 'Letter box' style nose
• 'Venturi tunnel' behind the nose
• Camera pods
• Y250 vortex spills from flaps
• Turning vane to point Y250

Creano 2 vortici controrotanti che collaborano e creano un getto.

Altra vorticità per gestione scia ruota anteriore.

Capiremo di controllare, i vortici che si sapranno comunque generati.

Lo sceglie per vortici.

Diminuisce il contenuto energetico nella.

4) Vortice più famoso Y250, tratto dalla mezzeria fino a 250 mm. Non posso avere ala per regolamento.

Sezione sull'ala anteriore.

Paratie.

CL -> Front turning vane.

Utilizzato per la gestione della separazione sulla ruota posteriore.

Vorticità di fanb → Y250.

Sezione sulle ruote

C_p = 1 - p/p_∞ 70 perdite per effetti viscosi.

Applichiamo T. Bernoulli tra due sezioni di tubo di flusso, quindi vedo quanta perdita viscosa ho avuto in passato fino alla sezione scelta.

Bianca perché parte solida.

Tyre squirt.

Osservazioni

Si cerca di avere C_pe elevati nei punti nevralgici come nell’impianto di raffreddamento e nei dispositivi per la generazione di deportanza, dove dobbiamo avere energia sufficiente per sfruttare in modo efficace raffreddamento o i dispositivi di deportanza.

Dentro ai vortici abbiamo C_pe bassi, dovuto all'effetto viscoso, Cpe ≃ 0,4.

Tyre squirt: l’aria che abbiamo davanti al pneumatico non potrà passare sotto ad esso, quindi verrà deviato lateralmente al pneumatico, questo fa aumentare la velocità del flusso e quindi abbassare la pressione.

Vortici a e b sono controrotanti:

Le bandelle verticali che si vedono nella prima sezione, suddividono il vortice in più vortici più piccoli, questo nel complesso vanno a generare una piccola intensità di energia persa.

• Il vortice Y250 insieme al vortice front turning vane crea un getto che devia la scia della ruota anteriore dall'ala posteriore e dal fondo piatto.
• I vortici esterni alla paratia, vorticità di flag, sono diretti sul lato esterno della ruota ant.
• I vortici flag e la top vorticity controllano la separazione sulla ruota anteriore spingendo lateralmente la scia di esso evitandone l'interazione della ruota ant. con l'ala posteriore e il fondo piatto. Vortici difficili da controllare.
• Piccoli vortici nella suction side, fanno limitare il contenuto energetico nella scia, meglio piccoli vortici di questo tipo, che un unico vortice più grande. Questi si fondono con la scia della ruota.

Il concetto chiave sta nel saper come si generano, facendoli generare se necessario, i vortici e mandarli fuori lateralmente, in modo tale da non far toccare la scia, regione di bassa energia, ai dispositivi di generazione deportanza a cui serve una grossa energia.

Effetto deportante del sistema formato dal fondo piatto e diffusore

Dobbiamo generare una regione di bassa pressione sotto la vettura, bassa rispetto alla pressione nella parte superiore della vettura.

Sono 2 vortici formati nell'anteriore, che si appiattiscono quando passano nel fondo piatto; per il fenomeno del vortex stretching ho aumento di intensità.

Come si vede dall'illustrazione ho Cp. Parliamo dell'effetto Venturi:

Va < Vb => Pa > Pb.

Per verificarsi c'è bisogno di un convergente ed è un caso di flusso interno.

Nel caso di una vettura stiamo considerando un flusso tra il fondo piatto, il suolo e il diffusore, ed è quindi un flusso esterno, quindi possiamo avere delle entrate e delle uscite sul fondo piatto.

Cosa importante, in questo caso non c'è nessun convergente, quindi non possiamo considerare l'effetto Venturi per questo caso studio.

Si può arrivare a questa conclusione anche facendo un caso studio, considerando il fondo piatto e diffusore.

Poo

Con Venturi potrei dire che Voo = Vi = Vo, quindi avendo un divergente da t a b avrò Pt < Pb, essendo Pc = Poo allora Pb > Po, questo porterebbe ad una portanza sulla vettura, cosa che non succede. Quindi vediamo che è sbagliato il ragionamento adottato.

Facciamo un cambio nell'inizio del ragionamento: supponiamo P_t ≅ P_∞.

Come ha utilizzato Venturi, anche noi utilizziamo l'equazione di conservazione della massa e l'equazione di Bernoulli, le considereremo su 3 sezioni:

∂_t = 0

m_i = m_e

p = cost —> u_t > u_∞

Sappiamo che la P_∞ sarà quasi uguale alla pressione atmosferica o alla peggio più bassa della pressione atmosferica siccome la suction side dell'alettone è rivolta verso il basso.

Considerando che u_t > u_∞, dobbiamo trovare una pressione ancora più bassa in P_t rispetto P_∞, in quello che effettivamente succede, vedere illustrazione precedente.

Quindi abbiamo una distribuzione di bassa pressione che parte da t e va verso i, dove però abbiamo un aumento di pressione, siccome lateralmente non abbiamo una chiusura ermetica.

Difficile capire perché se considero P₀ = P_b è giusto e Pi = P₀ è sbagliato, chi mi dice che è giusto un ragionamento rispetto all'altro è ε.

In t avrò pressione minima per la teoria potenziale sugli angoli.

Deportanza prodotta dall'effetto suolo

Prima degli anni 80 si poteva formare il fondo della vettura come la suction side di un profilo alare e si potevano inserire le minigonne. Queste due caratteristiche erano molto pericolose quando sotto alla vettura passava una quantità d'aria poco più maggiore di quella teorica, infatti se succedeva ciò la vettura iniziava a volare.

Profilo alare invertito e minigonne.

Aumento l'altezza da terra delle minigonne.

Minigonne laterali.

Minigonne posteriori.

Ventilatore per generare in modo attivo una depressione tra fondo vettura e suolo.

Conformazioni moderne del fondo vettura.

• Figure: Reference plane
• Figure: Single diffuser
• Figure: Step plane
• Figure: Double diffuser

Mappa funzionamento per diffusore industriale

Ricordiamo che per aver separazione devo avere un gradiente di pressione avverso molto grande oppure protratto per molto spazio, oppure entrambe le cose.

In questo grafico possiamo vedere come i parametri geometrici di un diffusore possono modificare l'andamento del flusso.

In ascissa ho il rapporto NW/W, che è adimensionale e mi indica il protrarsi del gradiente di pressione avverso. In ordinata ho 2θ che mi caratterizza l'intensità del gradiente di pressione avverso.

Possiamo individuare delle zone:

• Sotto ad a non ho assolutamente stallo.
• Tra a e b localmente ed istantaneamente si hanno delle separazioni, ma in generale il diffusore funziona bene.
• Tra B e C ho lo stallo, quindi ho generazione di una bolla di ricircolo, quindi l'andamento potrebbe essere.
• Sopra a D abbiamo il flusso a getto, siccome le bolle di ricircolo sono molto grandi, il flusso rimane orizzontale.

Questo ci fa introdurre lo studio aerodinamico fatto su un corpo tozzo di questo tipo:

Negli esperimenti viene variata la distanza tra la paratia e il suolo.

I risultati:

• Come rotazione.
• Punti di separazione.
• Vorticità strato limite.

Questi vortici che si formano si chiamano Venturi vortex:

Questi vortici tendono a far separare il flusso di meno nel tratto del diffusore, linee di flusso più attaccate al diffusore cioè meno possibilità di separazione e quindi stallo nel diffusore.

Ovviamente il secondo lato positivo è che formano una maggiore bassa pressione, quindi maggiore effetto suolo.

Vediamo come varia la deportanza in relazione all'altezza dal suolo, 2d=w=larghezza diffusore.

Un po' come succedeva nel caso dell'ala più o meno vicina al suolo, anche in questo caso ho un andamento tipo.

Fino ad una regione di plateau, dove non ho una grossa variazione, per poi avere una netta diminuzione data dalla generazione di stallo.

Si ha stallo perché avvicinando troppo il fondo si instaura una differenza di pressione troppo alta cioè gradiente di pressione avverso troppo intenso, quindi separazione, cioè stallo.

Abbiamo un fenomeno di isteresi, in particolare se l'esperimento, caso pratico, lo facciamo diminuendo h avrò l'andamento, se invece vado ad aumentare h ho l'andamento.

Andamento del coefficiente di resistenza.

Questo grafico ci mostra che il punto dove abbiamo la pressione minima, tratto fondo piatto + diffusore, è nell’angolo dove inizia il diffusore e che se non abbiamo separazione γ=14º è migliore di γ=9º.

Invece qua vogliamo configurare la stretta vicinanza tra il diffusore e l’ala posteriore, succede anche nelle vetture F1. I due dispositivi avranno un’interazione, quindi lavoreranno meglio.