Mise en place de la simulation 3D


Dans cette partie, nous allons présenter les différents aspects de la simulation 3D mise en place afin d’étudier numériquement les tourbillons de pare-brise et les systèmes de contrôle. Les phénomènes de génération de tourbillons au niveau des montants présentés précédemment ne peuvent être mis en évidence que par une approche 3D (gradient de pression transversal). Toutes nos études ont donc été effectuées en 3 dimensions. Aussi, cet axe sera structuré en 4 sous parties qui présenteront successivement :

Le domaine d’étude, la maquette et les conditions limites

Les modèles de turbulence et les paramètres de résolution

Le choix de la distance à la paroi de la première maille

La création du maillage 3D et la solution retenue


1°) Domaine d’étude, maquette, conditions limites et modèle de turbulence

                 

                La maquette est une géométrie, connue sous le nom de corps d’Ahmed, qui modélise la partie avant simplifiée d’un véhicule automobile.

 

Maquette utilisée : corps d’Ahmed

    Le Reynolds pour l’écoulement autour d’une voiture en régime autoroutier (40 m/s) est plutôt de l’ordre de:

 

                Une configuration proche de l’écoulement réel (maquette échelle 1, vitesse de 40 m/s)

                Pour la maquette : une longueur L du modèle égale à 1,7 m, la hauteur h et la largeur l de la géométrie sont données par : h/L= 0,23 et l/L= 0,30. Les faces supérieure et latérales de la géométrie s’identifient respectivement au pavillon et aux parties latérales d’un véhicule automobile. La face inclinée, de longueur d tel que d/L=0,47, représente le pare-brise du véhicule et fait un angle 30° avec l’horizontale. Cet angle correspond à l’inclinaison caractéristique de la majorité des véhicules de la gamme Renault (Clio, Mégane, Scénic, Logan, …).

            Pour le domaine d’étude, une solution idéale aurait été de pouvoir modéliser un grand domaine autour de la maquette. Par exemple, B. Lehugeur a utilisé un domaine d’étude de longueur 6 L (L, longueur modèle) et de section carrée de 6 l de côté (l, largeur de voiture). Il n’y a ainsi que très peu d’effets de paroi. Ce domaine est donné ci-dessous :

 


 Domaine de Lehugeur

En raison du faible nombre de mailles disponibles pour Fluent, notre veine de calcul (ou domaine d’étude) est assez petite. Ses dimensions sont les suivantes : une longueur de 1.5 L, une largeur de 2.75 l et une hauteur de 2.5 h. La géométrie GAMBIT est présentée ici :

  

 

Pour ce qui est des fentes d’aspiration ou de soufflage, les dimensions testées sont les suivantes :

Longueur : 93 % du pare-brise à partir du haut, largeur fentes : 4 mm (image 1).

Longueur : 93 % du pare-brise à partir du haut, largeur fentes : 8 mm.

Longueur : 46 % du pare-brise à partir du haut, largeur fentes : 4 mm (image 2)

Longueur : 30 % en deux fentes de 15 %, largeur fentes : 4 mm

Longueur : 20 en quatre fentes de 5 %, largeur fentes 4 mm

 

  
              Enfin, les conditions aux limites imposées sont une ‘velocity inlet’ sur la face d’entrée et les fentes et un ‘outflow’ sur la sortie. Les surfaces de la voiture et les parois de la soufflerie sont assimilées à des ‘walls’ (condition d’adhérence).

    Nous évoquerons le moment voulu les particularités des conditions limites pour les fentes d’aspiration / soufflage du système de contrôle étudié.

    Le modèle de turbulence utilisé est le modèle k-ω SSTPour faire ce choix, nous nous sommes servis des travaux des années précédentes, ayant démontrés la performance de ce modèle. Celui-ci est adapté à la configuration choisie car il combine les avantages des modèles k-ω et k-ε.


2°) Création du maillage 3D

    

                Il est vrai que les moyens mis à disposition cette année était assez limité. Nous aurions voulu obtenir des résultats d'une grande précision, en intégrant par exemple un maillage de couche limite ou au moins un maillage très serré près des montants de baies, mais ceci s'est révélé impossible. Néanmoins les résultats obtenus par la suite s'avereront tout à fait convenable car comparables aux résultats expérimentaux obtenus par Lehugeur.

            La solution finalement retenue a été de mailler volumiquement notre domaine d’étude en y ayant soustrait le volume voiture. Nous avons utilisé de nombreux ratios et privilégié la densité autour du pare-brise et sur la partie avant du véhicule. Le maillage surfacique est triangulaire et le volumique est en ‘Tet/hybrid’. Ce maillage, contenant environ 60 000 nœuds, est celui qui a été utilisé pour les simulations sans contrôle des tourbillons. Il est présenté ci-dessous en 3 D et vu de côté :

           

    Enfin, nous avons inséré au maillage précédent les fentes qui nous ont permis d’étudier le contrôle des tourbillons par aspiration / soufflage. Ces fentes ont été maillées en ‘Quad’ afin de maîtriser le nombre de nœuds présents sur la surface en question :