Formgivning av bilar i virtuell vindtunnel

Bilars prestanda beror bland annat på bilens yttre form, eftersom luften som strömmar runt bilen påverkar dess rörelse och passagerarnas komfort. Den mest uppenbara inverkan av luften är luftmotståndet. En bil som är utformad för att ge litet luftmotstånd har bättre bränsleekonomi och ger mindre utsläpp. Strömmande luft omkring bilen ger också upphov till andra krafter som påverkar körningen och kan inverka på komfort och stabilitet. Med rätt utformning av bilar vill man också undvika att det uppstår ljud i samspelet mellan luften och bilens yta och att det ansamlas smuts och vatten på bilen.

Bilens form beräknas idag till största delen med experiment i vindtunnlar. Dessa är fysiskt begränsade med sina väggar som gör att uppmätta värden kan skilja sig från de på vägen. Dessutom är det svårt att modellera den relativa rörelsen mellan bilen och vägen i en vindtunnel. Detta gäller också för hjulrotationen. Experimenten är kostsamma och medför att det tar lång tid att utveckla nya bilmodeller.

Under de senaste 20 åren har man försökt att gå över från experiment till datorsimuleringar, men det har visat sig att det krävs mycket stora datorresurser för att modellera luftströmningen runt bilar. Eftersom tillräckligt stora datorer inte kommer att finnas under de närmaste 20-30 åren använder man i industrin en förenklad datorteknik där man modellerar ekvationer. Volvo Cars är idag världsledande i att använda dessa modellerade ekvationer i designarbetet. Tyvärr har det visat sig att strömningen kring bilar är alldeles för komplicerad för att kunna modelleras och dessutom har man inte haft tillräcklig kunskap om hur sådan strömning ser ut för att kunna modellera den. Sinisa Krajnovic har samarbetat med Volvo Cars för att utveckla en metod för datorbräkning av strömningen där man beräknar de stora virvlarna och modellerar de små. Med hjälp av den här tekniken har Sinisa upptäckt en helt ny bild av strömningen kring bilen.
– Nu kan vi äntligen se de virvlar som gör att bilen gungar, även om det inte finns några sidovindar. Vi kan också förstå hur den kringströmmande luften ger upphov till ljud och vi kan följa hur vatten och smuts förflyttar sig på bilens yta. Dessutom kan vi lära oss mer om hur man skall utforma bilen för att minska luftmotståndet, säger han.

Resultaten från den här forskningen ger formgivarna helt nya verktyg för att förbättra bilens prestanda och samtidigt skapa en estetiskt lockande form. Dessutom kan man använda den nyvunna kunskapen till att skapa bättre modeller för datorsimuleringar i industrin.

Med ökad datorprestanda kommer tekniken att användas oftare och förändra det sätt på vilket man utvecklar bilens form.
– Förhoppningsvis kommer den här forskningen att hjälpa Vovo Cars att designa säkrare, bränslesnålare och bekvämare bilar, säger Sinisa.

Forskningen presenteras i en doktorsavhandling med titeln “Large-Eddy Simulations for Computing the Flow Around Vehicles “, som försvaras vid en offentlig disputation på Chalmers den 18 oktober kl 10.00 i sal HA2, Hörsalsvägen 4, Göteborg.

Kontaktinformation
Mer information:
Sinisa Krajnovic, Termo- och fluiddynamik, Chalmers tekniska högskola, tel: 031-772 1400 eller 031-772 5272, e-post: sinisa@tfd.chalmers.se