وبلاگ

1-1- آیرودینامیک خودرو
آیرودینامیک علم بررسی حرکت یک جسم در هوا می­باشد و در مورد چگونگی شکل ظاهری یک جسم و تأثیرات متقابل این شکل در هنگام حرکت با سرعت بالا در فضای تشکیل شده از هوا بحث می­ کند. آیرودینامیک از دیرباز و بسیار قبل از بوجود آمدن اتومبیل در شاخه مکانیک و ابتدا در مورد قطارهای بخار با سرعت بالا (بالای kmph160) مطرح شد. بسیاری از قطارهای تندرو بخار در زمان خود از فرم­بندی آیرودینامیکی برخوردار بودند و خواسته و ناخواسته مهندسین هنگام ساخت وسیله­ای نقلیه با سرعت بالا با مشکلات آیرودینامیکی مواجه می­شدند و جهت حل مسأله مجبور به ارائه راه ­حل بودند. بعدها با اختراع هواپیما آیرودینامیک به شکل جدی­تری مطرح شد و با توجه به اینکه هواپیماها نیاز به سرعت بالایی دارند مسائل آیرودینامیکی بیشتر مورد بررسی قرار گرفت که موجب پیشرفتهای بسیاری در زمینه آیرودینامیک هم شد. در مورد اتومبیل، بدلیل سرعت پایین خودروهای اوّلیه تا سالها آیرودینامیک و مسائل حاصل از آن به صورت جدی در هنگام طراحی مطرح نمی­شد. بعضاً در گونه­ای از خودروها به آیرودینامیک پرداخته می­شد که یا به صورت اجمالی و صرفاً به منظور ایجاد شکل ظاهری جذابتر بود و یا برای کاهش جزئی در مصرف سوخت و یا در مورد خودروهای مسابقه­ای با سرعت بالا بود. در هنگام طراحی خودروهای تولید انبوه و روزمره آیرودینامیک به صورت کاربردی و مؤثر تا اواسط دهۀ پنجاه مطرح نبود. بطور کلّی توسعه آیرودینامیک خودرو در چهار فاز انجام می­ شود: در ابتدا یک مدل ساخته می­ شود، ممکن است این مدل در اندازه کوچک یا واقعی باشد. سپس بوسیله نمونه ­ای که آماده حرکت باشد ادامه می­یابد و با خودرو پیش­تولید و نمونه واقعی قبل از ورود به تولید انبوه انجام می­ شود و در آخر بوسیله نمونه­هایی که از خط تولید گرفته می­ شود به پایان می­رسد.  شکل 1-1 کلیه متغیرهایی که روی جریان اطراف اتومبیل و بار حرارتی اثر می­گذارند را نشان می­دهد. سرعت خودرو، باران، وزش باد، اثرات خورشید، ناهمواری­های جاده از قبیل خیسی و سنگریزه و شیب جاده از این موارد می­باشد.
شکل1-1- اتومبیل در شرایط محیط واقعی
در آیرودینامیک خودروها چهار موضوع اصلی بررسی می­شوند که در شکل 1-2 نشان داده شده است
 
شکل1-2- مباحث اصلی در آیرودینامیک خودرو
 

• اندازه گیری نیروها و ممانها مربوط به پایداری خودرو

• جزئیات میدان جریان

• اثرات حرارتی و تهویه خودرو

• 

•  

• خنک‎سازی موتور خودرو ( جریان جلوی خودرو)

1-2- تأثیر باز بودن پنجره بر نیروی پسا
در حالت کلّی باز کردن پنجره اتومبیل جهت تهویه هوای داخل اتومبیل صورت می­گیرد. در سرعتهای پایین، باز کردن پنجره برای خنک شدن داخل اتومبیل هزینه کمتری نسبت به روشن کردن کولر داشته ولی با افزایش سرعت اختلاف مصرف سوخت در حالت کولر روشن و پنجره پایین در حدود پنج الی ده درصد می­باشد که این امر بخاطر افزایش نیروی پسا ناشی از باز بودن پنجره می­باشد. از آنجا که این اختلاف ناچیز بوده و کولر سبب تهویه مطبوع بهتری می­ شود بهتر است در سرعتهای نسبتاً بالا (سرعت در بزرگراه­ها) پنجره­ها بسته شده و از کولر استفاده شود. شکل زیر تأثیر باز بودن پنجره و روشن بودن کولر را در مصرف سوخت نمایش می­دهد[1].
 
 
شکل1-3- تأثیر باز بودن پنجره و روشن بودن کولر در  مصرف سوخت
اغلب در اتوبوسهای داخل شهری بخاطر پایین نگه داشتن هزینه مسافران از سیستمهای تهویه مطبوع استفاده نمی­ شود. این اتوبوسها اکثراً با سرعتهای پایین حرکت کرده و در روزهای گرم با باز کردن پنجره­ها تهویه هوا در آنها صورت می­گیرد. طراحی این اتوبوسها باید به گونه­ ای باشد که کمترین پسا و بهترین گردش هوا را در حالت پنجره باز دارا باشد. شکل زیر میدان جریان را در داخل و اطراف اتوبوس مدل شده توسط Kale نشان می­دهد[2].
 
شکل   1-4 – میدان جریان در داخل و اطراف اتوبوس مدل شده توسط Kale
در شکل فوق بردارهای سرعت در داخل کابین و اطراف آن نمایش داده شده است. وجود گردابه­ها در قسمت عقب خودرو و باز بودن پنجره­ها باعث به­وجود آمدن نیروی پسا می­گردد.
 
 
1-3- کاهش ضریب پسا و تقلیل مصرف سوخت
در سرعت یکسان هر چه نیروی مقاوم در برابر حرکت ماشین (پسا) کاهش یابد مصرف سوخت کمتر خواهد شد. تأثیر کاهش نیروی پسا بر مصرف سوخت در شرایط رانندگی واقعی در شکل 1-5 نشان داده شده است. صرفه­جویی در مصرف سوخت بر اساس کاهش پسا در شرایط عملکرد واقعی مانند بزرگراه­ها یا مسیری بسیار مشکل می­باشد که با رانندگی در حالت ایده­ال با سرعت ثابت و مسیری ساده تفاوت دارد[3].
شکل 1- 5 – تأثیر کاهش ضریب پسا بر مصرف سوخت
 1-4- دینامیک سیالات محاسباتی در صنعت خودروسازی
دینامیک سیالات محاسباتی مسیر طولانی را برای کاربردی شدن در طراحی صنایع خودروسازی پشت سر گذاشته است. می­توان این امر را مرهون پیشرفت پیوسته در سخت­افزار، نرم­افزار و  روش­های عددی برای حل معادلات حاکم بر جریان سیال دانست. صنایع خودروسازی از این جهت به CFD علاقمند شده که توان طراحی آنها را بالا برده و هزینه­ های آزمون را کاهش داده است. کاربردهای CFD در این صنعت متنوع بوده و می ­تواند محدوده وسیعی از آیرودینامیک خارجی تا خنک­کاری ترمزهای دیسکی را در برگیرد. فیزیک جریان نیز محدوده گسترده­ای از رژیم­های جریان نظیر؛ تراکم­پذیر، تراکم­ناپذیر، آرام، مغشوش، ناپایدار، پایدار و… را در بر می­گیرد[4].
اگرچه بیشتر جریانهایی که با آنها روبرو هستیم طبیعت غیردائمی دارند با این حال   می توان آنها را با تقریب خوبی به صورت دائمی در نظر گرفت. چالش امروز CFD توانایی شبیه­سازی دقیق پدیده­های پیچیده ترموسیالاتی وگرفتن نتایج سریع می­باشد. استفاده صحیح از CFD می ­تواند کمک شایانی به کاهش ساخت نمونه اولیه و به تبع آن کاهش هزینه­ های تولید نماید.