Beschleunigtes Design von Straßenfahrzeugen
Die meisten Industriezweige setzen die Computer-Fluiddynamik (CFD) zur Optimierung ihrer Designprozesse im Hinblick auf den Kosten- und Zeitaufwand ein, der zur Durchführung verlässlicher Windkanaltests benötigt wird. Dies ist hauptsächlich auf die Vorteile zurückzuführen, die diese Verfahren bieten, beispielsweise den geringeren Aufwand zur Durchführung numerischer Berechnungen, die Minimierung der gesamten Berechnungszeit und die höhere Genauigkeit. Allerdings sind CFD-Codes noch immer unzuverlässig, wenn es um die Simulation von komplizierten Turbulenzerscheinungen geht, wie sie beispielsweise in der Aerodynamik von Fahrzeugen auftreten. Angesichts dieser Unzulänglichkeit wurde in diesem Projekt eine Reihe von Tools für die exakte und effiziente Berechnung der externen aerodynamischen Verhältnisse bei Fahrzeugen entwickelt. Im Vergleich zu den gegenwärtigen Testverfahren werden die neuen Tools kostengünstigere und schnellere Berechnungen in der Designphase zulassen und so zu einer Optimierung von CFD- und Windkanalverfahren führen. Dabei sind die neuen und bereits verifizierten Turbulenzmodelle hinlänglich robust, leistungsfähig und höchst hilfreich für die Simulation der realen externen Fahrzeug-Aerodynamik. Die neuen und fortschrittlichen Turbulenzmodelle basieren auf elementaren physikalischen Gesetzen wie etwa den Reynolds-Averaged Navier-Stokes-Gleichungen (RANS-Gleichungen) und eignen sich zum Aufstellen genauerer Prognosen über das strömungsdynamische Verhalten von Objekten. In diesem Projekt wurde außerdem die Simulation großer Verwirbelungen (Large Eddy Simulation, LES) zur Analyse der Strömungsverhältnisse um hervorstehende Objekte wie z.B. Außenspiegel angewandt. Weitere aktuelle Probleme, die erfolgreich angegangen wurden, waren die Strömungsseparation entlang von Dachkontur und Heckfenster, die Wechselwirkung zwischen Wirbelschleppe und Fahrbahn hinter einem Fahrzeug und die Strömungsverhältnisse zwischen den rotierenden Rädern und den Radkästen. Die Modelle, die durch Erkenntnisse aus mehreren wohlbedacht ausgewählten Experimenten gestützt werden, dürften der Automobilindustrie beim Design der Karosserieform von Automobilen viele Vorteile bringen. Durch die exakte Prädiktion des aerodynamischen Lärms, die Reduzierung der auf die Fenster wirkenden Windkräfte und die Berücksichtigung ähnlicher Aspekte können die Konstrukteure künftig leistungsfähigere, sicherere und sparsamere Straßenfahrzeuge entwickeln. Überdies ist zu erwarten, dass auch die CFD-Anbieter die neuen Turbulenzmodelle in ihren derzeitigen Tools implementieren werden und ihren Kunden künftig eine größere Auswahl an Modellierungsoptionen anbieten können.
