VORTICI TRA CFD E GALLERIA DEL VENTO: ANALISI DEL DISTURBO DI UNA SONDA SUI VORTICI GENERATI DALLA MONOPOSTO FERRARI DI FORMULA 1

Il presente elaborato di tesi è svolto in collaborazione con FERRARI - Gestione Sportiva. Viene affrontato il problema di misurazione in galleria del vento dei vortici generati da una vettura ad alte prestazioni. La necessità di introdurre una sonda di misurazione, la quale disturba i vortici stessi che si vuole misurare, rappresenta l’oggetto del lavoro svolto. Il problema viene affrontato attraverso l’analisi CFD (Computational Fluid Dynamics) e si propone di determinare la correlazione esistente tra: • intensità del vortice disturbato rispetto alla condizione indisturbata, in funzione della posizione della sonda • posizione del vortice disturbato e suo spostamento rispetto alla condizione indisturbata, in funzione della posizione della sonda FERRARI ha richiesto nello specifico di effettuare una campagna di simulazioni CFD rispetto ad una matrice di combinazioni sonda-vortice composta da 4 sonde e 5 vortici. Essendo un lavoro complesso e che richiede un notevole dispendio di risorse computazionali, la presente tesi costituisce la prima di una serie, per cui questa ha lo scopo principe di valutare il miglior approccio allo studio del problema, in modo da effettuare la campagna di simulazioni ottimizzando i costi computazionali e la qualità dei risultati ottenuti. Le successive tesi procederanno alla raccolta massiccia dei dati. La prima parte del lavoro è preparatoria allo studio del problema, in quanto ci si è prefissi di realizzare un modello CFD semplice che permettesse di ottenere i vortici delle dimensioni richieste da FERRARI, tipicamente riscontrabili nel campo fluidodinamico attorno ad una monoposto di Formula Uno. Viene quindi innanzitutto riepilogato brevemente il concetto di vortice e le sue caratteristiche da un punto di vista teorico. Successivamente viene descritto il lavoro preliminare svolto di generazione dei vortici e ottimizzazione della mesh del dominio di calcolo. La seconda parte dell’elaborato descrive quindi tutto il processo di impostazione del modello STAZIONARIO e la relativa implementazione di adeguati strumenti di post-processing e di automatizzazione sia delle simulazioni che della raccolta dei dati ottenuti. Vengono poi riportati i risultati ottenuti per la combinazione presa come esempio campione tra tutte le combinazioni sonda-vortice di cui FERRARI ha richiesto lo studio. Ci si concentra in particolare sui dati riguardanti lo spostamento del nucleo del vortice disturbato e la sua perdita di intensità rispetto alla condizione indisturbata. La terza parte del documento descrive poi il processo di impostazione del modello NON STAZIONARIO della stessa combinazione campione utilizzata nel caso STAZIONARIO. Sfruttando gli stessi strumenti sviluppati per quest’ultimo, vengono quindi riportati i dati raccolti in analogia a quanto già fatto per il modello STAZIONARIO. Nella quarta parte, infine, si mette a confronto i dati del modello STAZIONARIO con quelli ottenuti dal modello NON STAZIONARIO per la stessa combinazione sonda-vortice presa a riferimento, con l’obiettivo di capire se i dati ricavati dal modello NON STAZIONARIO presentano un grado di accuratezza accettabile rispetto agli stessi dati del modello STAZIONARIO. Ciò, come detto, permetterebbe di studiare il problema attraverso un modello NON STAZIONARIO, invece che tramite modello STAZIONARIO, riducendo così in modo assai considerevole i tempi e i costi associati alla presente campagna di simulazioni CFD. Lo scopo finale è dunque quello capire l’entità del disturbo delle sonde sui vortici, motivo di discrepanza tra risultati CFD e misure in galleria del vento. Ciò garantirebbe una maggiore confidenza con le misure effettuate in galleria del vento sui vortici, migliorando così sia l’efficienza della progettazione aerodinamica della vettura, sia delle prove di validazione effettuate in pista e in galleria. In particolare sarà possibile: • Determinare quale sonda ottiene il minor effetto di bloccaggio rispetto ad un determinato vortice • Tarare i risultati ottenuti in Galleria del Vento • Progettare in futuro una nuova sonda migliorata sulla base dei risultati ottenut