Star-CCM+ è un software di analisi fluidodinamica che consente di realizzare la prototipazione virtuale di un’autovettura e conoscerne le prestazioni aerodinamiche prima che essa venga realmente costruita.
 
La prototipazione virtuale offre enormi vantaggi rispetto alla prototipazione fisica, come ad esempio le sezioni di prova in galleria del vento.
 
Tra i molti vantaggi ricordiamo innanzitutto che si può studiare il componente in scala 1:1, ovvero non è necessario studiare un modello in scala ridotta del veicolo.
 
In secondo luogo la simulazione fornisce molte più informazioni poiché è possibile interrogare l’intero dominio di simulazione piuttosto che punti selezionati dello spazio e del modello.
 
Infine, si ottengono risultati molto più velocemente rispetto alla prototipazione fisica.La prototipazione virtuale consente quindi di conoscere più a fondo e più velocemente il prodotto che andremo a realizzare e quindi consente di innovare più velocemente.
 
La prototipazione virtuale è un processo che può essere sintetizzato nei 4 step fondamentali che vedete illustrati. Alla base del processo c’è la realizzazione del modello CAD della vettura e del dominio di calcolo che viene poi discretizzato tramite la mesh dove viene calcolata la soluzione che viene poi analizzata, ovvero post-processata allo scopo di trarne le informazione ingegneristiche di interesse.

Per quale motivo avete utilizzato una simulazione stazionaria?
I motivi sono principalmente due, il primo è sicuramente legato ai tempi di calcolo ovvero una simulazione stazionaria è sicuramente più breve quindi ci da risposte in modo più rapido rispetto a quella di tipo transitorio e poi c’è anche una questione legata all’individuazione dei trend e quindi anche diciamo alla capacità della simulazione stazionaria di illustrarci in modo accurato se un design aerodinamico è migliore di un altro, quindi ci illustra qual è il trend da seguire per perseguire una certa performance aerodinamica.
 
Quali sono le condizioni al bordo che avete utilizzato? Per le ruote è stato utilizzato l’MRF?
In questo webinar abbiamo usato una condizione denominata Open Road ovvero abbiamo simulato la macchina come se fosse su strada. Quindi abbiamo creato un box attorno alla macchina di dimensioni che sono comunque specificate da delle best practice redatte da Siemens e sulle facce laterali e superiori del box abbiamo imposto una condizione di simmetria, mentre sulla faccia inferiore quindi la strada sostanzialmente abbiamo imposto una velocità tangenziale. Per quanto riguarda invece le ruote abbiamo imposto anche qua una condizione di velocità tangenziale e non un moving reference frame, perché questo si usa quanto la geometria è complessa, quindi ad esempio in presenza di raggi molto complessi.
 
È possibile catturare l’andamento dello strato limite con quattro prismi a parete? Ritenete soddisfacente l’utilizzo del modello dei risultati che sono venuti fuori con l’approccio highway plus?
In questo caso per esigenze dimostrative e quindi per essere rapidi nell’aggiornamento del modello e della mesh abbia utilizzato un approccio di tipo highway plus, quindi usando quattro prismi a parete. Ovviamente in un’analisi aerodinamica reale questo potrebbe non essere accettabile e anzi è consigliabile l’utilizzo dell’approccio low way plus che per questo tipo di applicazioni generalmente è caratterizzato da una trentina di prismi a parete dove il primo strato di prismi ha uno spessore che può variare da 3 centesimi di millimetro fino a 5 centesimi di millimetro.
 
Quali sono i vantaggi di una mesh a poliedri rispetto a un mesh trimmata tradizionale?
Allora in questo caso abbiamo usato una mesh trimmata che è comunque una mesh molto utilizzata per questo tipo di applicazioni. La mesh trimmata è sostanzialmente una mesh cartesiano, quindi formata da parallelepipedi che sono trimmate appunto alla parete e questo genere di cella è molto indicata quando è possibile identificare una direzione prevalente del flusso come comunque anche in questo caso. Per geometrie molto complesse come per esempio un sotto cofano invece è più indicata la mesh a poliedri, perché riesce a esporre quante più facce possibile ortogonali al flusso diciamo.
 
È possibile importare geometrie CAD fatte con altri software come SolidWorks?
La risposta è si, attraverso formati neutri come parasolid e step è possibile importare qualsiasi geometria all’interno di Star-CCM+.
 
Quale tipo di modello di turbolenza è stato utilizzato? Si tratta del Kε, o di un altro?
In questo caso, sempre per esigenze dimostrative è stato usato un Kε, però generalmente si deve fare uno studio di sensitività del modello alla turbolenza e in questo caso è molto più indicato un Kω anche perché il Kω ci permette di utilizzare i modelli previsione della transizione dello strato limite tra laminare e turbolento cosa che invece il Kε non permette di fare.
 
È possibile tener conto in queste analisi di una sorgente di calore interna al veicolo?
La risposta è sì, tant’è che questo modulo di Siemens, l’automotive aerodynamics widzard permette di definire tutte le caratteristiche, non solo dei freni dal punto di vista di temperatura, ma anche il sotto cofano, il radiatore, ventole di raffreddamento, potenza termica emessa, dissipata dal blocco motore, per cui è possibile fare una simulazione completa non solo fluidodinamica, ma anche termica per simulare appunto il raffreddamento degli organi preposti appunto allo scambio di calore con l’esterno.