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Títol: Study of the implementation of Active Flow Control in Motorsport with Computational Fluid Dynamics
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RODRIGUEZ SANCHEZ, PABLO (data lectura: 14-07-2025)- Cerca aquest projecte a Bibliotècnica

Director/a: ROJAS GREGORIO, JOSEP IGNASI
Departament: FIS
Títol: Study of the implementation of Active Flow Control in Motorsport with Computational Fluid Dynamics
Data inici oferta: 27-01-2025 Data finalització oferta: 27-09-2025
Estudis d'assignació del projecte:
GR ENG SIST AEROESP
Tipus: Individual | |
Lloc de realització: EETAC | |
Paraules clau: | |
Dinámica de fluidos computacional; CFD; active flow control; AFC; automóvil; competición; Motorsport | |
Descripció del contingut i pla d'activitats: | |
Descripción: Esta tesis estudiará el funcionamiento y el uso de la técnica de optimización aerodinámica de control de flujo activo (active flow control (AFC)), mediante dinámica de fluidos computacional (computational fluid dynamics (CFD)), en automóviles de competición Motorsport. Se utilizará el software CFD ANSYS-Fluent, así como el software CAD SolidWorks. No se tendrán en cuenta las posibles regulaciones de dicha competición, limitando o prohibiendo el uso de dicha tecnología.
Objetivo: Estudiar los efectos de la implementación de AFC en en automóviles de competición Motorsport, y valorar si las mejoras que aporta son significativas y viables Objetivos específicos: ' Diseño en SolidWorks: crear un modelo 3D de un automóvil de una categoría a elegir. ' Simulación CFD en ANSYS-Fluent: evaluar el comportamiento de dicha tecnología y hacer una comparativa de la eficiencia del vehículo con y sin AFC. ' Túnel de viento (opcional): validación de los resultados obtenidos con CFD mediante comparación con resultados experimentales obtenidos en túnel de viento. The procedure and methodology will be as follows: 1. Estudio de informes y tesis acerca de AFC y CFD. 2. Formación en ANSYS-Fluent y en Solid Works. 3. Diseño de la geometría CAD a estudiar, introduciendo las modificaciones pertinentes relacionadas al AFC. 4. Creación del dominio fluido y discretización del mismo. 5. Diseño y validación del mallado y definición y justificación de las condiciones de contorno. Resolución del problema fluido con CFD. Obtención de los resultados. 6. Evaluación comparativa de la eficiencia vehículo con y sin AFC. 7. (Opcional) Diseño en 3D y calibración de áreas locales de principal interés de la geometría, para el estudio del comportamiento del vehículo o el fluido en túnel de viento. 8. Conclusiones y redactado del informe final. |
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Overview (resum en anglès): | |
This thesis provides an evaluation of Active Flow Control (AFC) applications in motorsport using Computational Fluid Dynamics (CFD). In particular, the aim is to investigate the aerodynamic benefits of AFC via the use of Synthetic Jet Actuators (SJAs). SJAs are a flow manipulation technology that adds momentum into the boundary layer with the objective of delaying flow separation, thus incrementing downforce and decreasing drag.
For the study, a simplified two-dimensional model of a Porsche 911 GT3RS is utilized on the premise that a relatively simple aerodynamic shape is used, enabling a sensible balance between computational cost and realistic applicability vs. using complex motorsport geometry, such as those found on Formula 1 cars. The research is divided into different phases. The initial phase consists of a detailed theoretical review of relevant aerodynamic theory, turbulence modeling theory, a background on boundary layer theory and a brief history on aerodynamics in motorsport. The turbulence modelling implemented is the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) Stress Transport (SST) k - omega model, a reliable model regarding accuracy and computational cost for aerodynamic modeling. All the CFD pre-processing steps have been executed in a conscientious manner. The pre-processing stages consisted of geometry creation, a control volume design, mesh generation, and a control volume, mesh, and time step independence studies. Afterwards, the vehicle is analyzed and simulated, and the available SJAs are then integrated and used in a variety of configurations. The placement of the SJAs, the momentum coefficient, angle of injection, jet forcing frequency have been documented and justified accordingly, to maximize the overall aerodynamic behavior. Results of the study indicate significant increases in aerodynamic efficiency gained with the application of AFC, with increases in downforce and significant reductions in drag. Visual aids such as velocity and pressure contours, skin friction distributions and turbulent kinetic energy fields were employed to understand the aerodynamic phenomena occurring in the full-scale experiment. The study confirms that AFC technology, particularly SJAs, have significant promise as an aerodynamic tuning mechanism in motorsport. The objective was fulfilled, although it had to be realistic since the beginning due to the lack of computational resources, although the thesis provides further contributions to the growing body of knowledge surrounding advanced aerodynamic control functions and creates a premise for future research on dynamic AFC implementations in real-time controlled condition. |