Εφαρμογή της Συνεχούς Συζυγούς Μεθόδου στην Αεροδυναμική Βελτιστοποίηση Επιβατικού Αυτοκινήτου - Κουτσαντώνης, Παναγιώτης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2018)
Στη διάρκεια της διπλωματικής αυτής εργασίας πραγματοποιήθηκε εφαρμογή της συνε- χούς συζυγούς μεθόδου η οποία αναπτύχθηκε από τη Μονάδα Παράλληλης Υπολογι- στικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης (ΜΠΥΡ&Β) της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ) σε περιβάλλον ανοικτού λογισμικού OpenFOAM® για την αεροδυναμική βελτιστοποίηση επιβατικού αυτοκι- νήτου. Η αεροδυναμική αντίσταση ή οπισθέλκουσα είναι μια από τις κύριες πηγές απώλειας ενέργειας των αυτοκινήτων και, συνεπώς, η ελαχιστοποίησή της αποτελεί πρωτεύοντα στόχο της αυτοκινητοβιομηχανίας. Με τη θέσπιση αυστηρότερης νομοθε- σίας σχετικά με τις εκπομπές καυσαερίων και την ανάπτυξη ηλεκτρικών και υβριδικών αυτοκινήτων καθώς και κινητήρων υδρογόνου, η ανάγκη για ελαχιστοποίηση των απω- λειών ενέργειας είναι πλέον αδήριτη. Η ανάλυση της ροής έγινε με αριθμητική επίλυση των εξισώσεων Navier-Stokes για ασυμπίεστο ρευστό και χρονικά μόνιμη, τυρβώδη ροή. Κατά την πραγματοποιηθείσα μελέτη έγινε χρήση τριών διαφορετικών μοντέλων τύρβης, του k-ε, του k-ω SST και του Spalart-Allmaras. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν και έγινε ανάλυση της ικανότητας πρόλεξης αυτών των μοντέλων τύρβης σε περιοχές που παρουσιάζουν μεγάλες κλίσεις πίεσης και στις οποίες αναμένεται αποκόλληση της ροής. Το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στην αποτελεσματικότητα κάθε μοντέλου τύρβης στην ακριβή πρόλεξη του συντελεστή αντίστασης του οχήματος και των διαφόρων φαινομένων που σχετίζονται με αυτόν. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με πειραματικές μετρήσεις. Κατόπιν πραγματοποιήθηκε επίλυση του συζυγούς προβλήματος χρησιμοποιώντας λο- γισμικό το οποίο δημιουργήθηκε από τη ΜΠΥΡ&Β/ΕΜΠ στο περιβάλλον OpenFOAM® και έγινε υπολογισμός των παραγώγων ευαισθησίας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει ο χάρτης ευαισθησίας πάνω στην επιφάνεια του αυτοκινήτου, ο οποίος αποτελεί μια γρα- φική αποτύπωση των παραγώγων της αντικειμενικής συνάρτησης ως προς την κάθετη μετατόπιση των κόμβων του επιφανειακού πλέγματος επάνω στο αυτοκίνητο και υπο- δηλώνει προς τα που πρέπει να μετακινηθεί η εξωτερική επιφάνεια του αυτοκινήτου ούτως ώστε να μειωθεί η αεροδυναμική αντίσταση αυτού. Πραγματοποιείται σύγκρι- ση των υπολογισθέντων χαρτών ευαισθησίας από τα τρία μοντέλα τύρβης. Γίνεται επίσης ανάλυση της επιρροής της τάξης ακρίβειας της διακριτοποίησης των εξισώσεων του μοντέλου τύρβης κατά την επίλυση του πρωτεύοντος προβλήματος στους υπολο- γιζόμενους χάρτες ευαισθησίας. Εξετάζονται και άλλα θέματα, όπως η σύγκλιση και η ευστάθεια της αριθμητικής επίλυσης του πρωτεύοντος και συζυγούς προβλήματος. Για τη βελτιστοποίηση μορφής του οχήματος, χρησιμοποιήθηκε μοντέλο μισού αυ- τοκινήτου. Για την παραμετροποίηση της γεωμετρίας του αυτοκινήτου έγινε χρήση λογισμικού το οποίο αναπτύχθηκε απο τη ΜΠΥΡ&Β/ΕΜΠ και βασίζεται στις ογκι- κές B-Splines. Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η βέλτιστη μεταβολή της γεωμετρίας του αυτοκινήτου, ούτως ώστε το αποτέλεσμα της βελτιστοποίησης να αποτελεί ένα απο- δεκτό για τη βιομηχανία σχήμα. Για το σκοπό αυτό εφαρμόστηκαν και εξετάστηκαν διάφορες παραλλαγές των ρυθμίσεων του μορφοποιητή με στόχο το βέλτιστο έλεγχο της προς σχεδιασμό επιφάνειας. Με τον τρόπο αυτό επιτεύχθηκε η μορφοποίηση συ- γκεκριμένων μεμονωμένων περιοχών του οχήματος, ικανοποιώντας τους περιορισμούς και τα όρια που θέτει η βιομηχανία -για σχεδιαστικούς κυρίως λόγους- σχετικά με τα περιθώρια μεταβολής της γεωμετρίας.