Automobile · CFD OpenFOAM

Aérodynamique externe : une chaîne OpenFOAM complète, de la CAO aux coefficients

Soufflerie numérique à 140 km/h avec sol défilant, roues tournantes et jantes résolues : une chaîne de calcul reproductible qui livre un torseur aérodynamique complet et bien convergé, en accord à environ 3 % avec une simulation commerciale de référence.

0,348Cx obtenu

15,6 Mcellules

5 000itérations

~3 %vs solveur commercial

Lignes de courant d'air autour d'un véhicule, du bleu à l'avant au rouge dans le sillage

Le défi

Évaluer la traînée et la portance d'un véhicule à 140 km/h (38,89 m/s) et pouvoir comparer des variantes de géométrie sans reprise manuelle, dans des conditions représentatives de la route : sol défilant, roues tournantes et jantes géométriquement résolues, chacune percée de cinq fenêtres traversantes dans lesquelles le fluide est réellement maillé.

Méthodologie

Calcul stationnaire incompressible RANS avec modèle de turbulence k-ω SST sous OpenFOAM. La géométrie est préparée en deux ensembles étanches : la caisse (242 142 triangles) et les roues (207 700 triangles), maillés en hexa-dominant pour un total d'environ 15,6 millions de cellules.

Entrée à vitesse imposée, sortie à pression nulle, plafond et parois latérales en glissement
Sol traité en tapis défilant à la vitesse du véhicule, complété d'un sol fixe en amont
Roues en repère tournant (MRF, ω = -122,1 rad/s), zones tournantes créées pendant le maillage
Contact roue/sol assaini par quatre blocs de contact, qui suppriment les cellules en lamelles sources de survitesses parasites
Schémas bornés d'ordre élevé pour la vitesse, multigrille pour la pression, résidus contrôlés à 10⁻⁴, 5 000 itérations

Champ de vitesse CFD autour du véhicule, coupe longitudinale médiane — Champ de vitesse |U|, coupe longitudinale y = 0 (itération 5 000)

Coupe CFD à travers la roue avant : cavité de jante résolue — Coupe à travers la roue avant : cavité de jante résolue, contact roue/sol assaini

Résultats

Cx = 0,348 (SCx = 0,760 m²), Cz = 0,175 (SCz = 0,382 m²), Cy = 0,034 et Cm = -0,081, moyennés sur les 200 dernières itérations
Physique retrouvée : stagnation avant, survitesse d'environ 49 m/s sur le pavillon, sillage arrière basse vitesse
Écart d'environ 3 % sur la traînée par rapport à une simulation de référence menée avec un solveur commercial, portance également calée
Chaîne relançable telle quelle sur chaque variante de géométrie

Limites et suites

L'air piégé dans les cavités de jante tournantes est localement survitessé : c'est une limite intrinsèque de l'approche MRF (rotor figé), sans effet sur le torseur global. Un maillage glissant transitoire la supprimerait si une précision locale accrue devenait nécessaire.

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