(openPR) In der Pressemitteilungsreihe "Produktkosten senken durch CAE-Simulationen" gehen wir nunmehr auf die optimierte Umströmung eines Elektrofahrzeuges ein.
Die numerische Strömungsmechanik (CFD - computational fluid mechanics) ist ein Verfahren zur Lösung der strömungsbestimmenden Gleichungen (Navier-Stoke, Euler und/oder Potential). Die CFD-Simulation ist eine effiziente und kostengünstige Methode zur Ermittlung verschiedenster Strömungsvorgänge wie z.B. bei der Umströmung und/oder Durchströmung von Fahrzeugen (straßen-, schienen-, luft- oder wassergebunden) oder bei Innenströmungen von Abgassystemen, Klimatisierungssystemen und Gebäuden.
Die CFD-Simulation wird bereits seit Jahren in den unterschiedlichsten Bereichen der Großindustrie eingesetzt. Im Bereich der KMU beginnt der Einzug der CFD-Simulationstechnologie seit einigen Jahren fortzuschreiten; jedoch gibt es bei den KMU weiterhin Vorbehalte, die zumeist unbegründet sind; hier sei auf unsere Pressemitteilung „Produktkosten senken durch CAE-Simulationen“ verwiesen.
Die Umströmung des hier beschriebenen entwickelten Elektrofahrzeuges umfasst die Anströmung der Fahrzeugfront und damit verbundenen Strömungsteilung sowie das Zusammenführen der geteilten Strömung am Fahrzeugheck. Es wurde eine strömungsgünstige Fahrzeugkontur des Elektrofahrzeuges mit einem allmählich abfallenden Heck entwickelt, die der Strömung einen minimalen Widerstand entgegensetzt. Fahrzeuge mit Steilheck hingegen weisen einen ungünstigen Strömungsabriß am Heck auf, der vermieden werden sollte, da er große Strömungstotgebiete und damit verbundene verlustreiche Luftverwirbelungen erzeugt. Auf die Vorzüge eines Steilhecks raumtechnischer Art soll an dieser Stelle nicht eingegangen werden. Bei der Elektroautoentwicklung hat die Reduzierung des Strömungsverlustes oberste Priorität, um die Reichweite einer Akkuladung zu maximieren.
Die aufgrund entsprechend hoher Reynoldszahlen (die kritische Reynoldszahl gibt die Grenze zwischen ruhiger laminarer und turbulenter Strömung an) auftretenden Strömungsturbulenzen wurden mit einem Standardturbulenzmodell (k-?-Modell) in der Simulation erfasst, wobei k die turbulente kinetischen Energie und ? die isotrope Dissipationsrate der Strömung darstellen.
Die Optimierung der Außenströmung des Elektrofahrzeuges diente im Wesentlichen der Verbesserung des Luftwiderstandes, wobei Auf- und Abtrieb ebenfalls zu berücksichtigen waren. Der Luftwiderstand wird durch den dimensionslosen Luftwiderstandbeiwert cw ausgedrückt, der das Verhältnis von Luftwiderstandskraft zur an- und umströmten projizierten Fahrzeugfläche (Stirnfläche) multipliziert mit dem Staudruck beschreibt. Das Ergebnis der Optimierung der widerstandsbestimmenden Fahrzeugaußenkontur ergab einen Luftwiderstandsbeiwert nahe 0,2, was einen entsprechend geringen Leistungsverlust bedingt durch den Luftwiderstand des Elektrofahrzeuges bedeutet. Die Abbildung zeigt die Darstellung der Umströmung des Elektrofahrzeuges anhand von Stromlinien. Es ist ersichtlich, dass die Strömung im Heckbereich erst spät ablöst, was einen deutlich geringeren Strömungsverlust ergibt. Die Ermittlung des Luftwiderstandsbeiwertes anhand der durchgeführten CFD-Simulationen wurde abschließend im Windkanalversuch verifiziert.
