Le simulazioni numeriche CFD consentono di generare il Digital Twin di macchinari sempre più accurati e rappresentativi delle condizioni di utilizzo reali rendendo possibile la valutazione di scenari difficilmente ricreabili anche nelle prove sperimentali.
Cubit ha supportato, insieme all’Università di Pisa, il gruppo Alfa Romeo-Maserati nello sviluppo di una procedura di simulazione accurata del comportamento di una vettura di produzione in caso di pioggia, focalizzandosi sull’efficacia dei tergicristalli e dell’assenza di infiltrazioni d’acqua in zone sensibili. Questo tipo di collaborazioni consentono di realizzare la missione di Cubit realizzando una connessione tecnologica vincente tra accademia e mondo industriale.
Il Digital Twin consente infatti di poter valutare la bontà delle soluzioni proposte in fase di progettazione non ancora avanzata lasciando margine ai progettisti di apportare modifiche correttive senza impattare le tempistiche di produzione e quindi ottimizzando la progettazione e il time to market, fattori decisivi per la competitività sul mercato.
Generalmente la verifica del comportamento dei dispositivi montati sulla vettura in condizioni di pioggia è complessa e costosa e viene condotta a prodotto quasi del tutto ultimato ed ingegnerizzato, richiedendo ingenti investimenti di risorse e tempo per eventuali azioni correttive.
L’attività è stata condotta su una vettura di produzione di serie così da poter essere facilmente replicata sui nuovi prototipi una volta terminata: è stata scelta l’Alfa Romeo Giulia caratterizzata da elevate prestazioni e da un’accurata progettazione aerodinamica sia in galleria del vento che tramite metodi numerici.
Nonostante alcune semplificazioni necessarie per minimizzare i costi computazionali e rendere più snella la procedura, il Digital Twin realizzato è molto accurato e fedele per poter rappresentare adeguatamente il gemello reale.
A monte dell’attività fluidodinamica sono state condotte ricerche per definire accuratamente le più rappresentative condizioni di pioggia considerando intensità, quantità e dimensione delle gocce d’acqua che investono il veicolo oltre che un’attenta caratterizzazione delle modalità di interazione tra superfici solide e liquido.
Allo stato dell’arte, due metodologie principali sono state individuate come promettenti ed efficaci:
- una basata sul trattamento Lagrangiano della dinamica delle particelle liquide coinvolgendo la metodologia VOF per valutare l’interazione tra aria e acqua, introducendo il liquido nel dominio tramite una griglia di iniezione, un artificio necessario per la realizzazione di questo tipo di analisi con questi modelli
- l’altra introducendo il modello Dispersed Multiphase che presuppone l’esistenza di una fase dispersa in un’altra nel dominio rappresentando in modo molto realistico la presenza della pioggia
In entrambi i casi un film fluido è stato considerato sul parabrezza e un modello di impingement per valutare la dinamica della goccia all’impatto con una superficie solida.
Per ottenere dati realistici sull’efficacia dei tergicristalli nella rimozione del liquido dal parabrezza è stato modellizzato il moto degli stessi tramite la tecnica di overset, diffusa ed utilizzata ampiamente in ambito CFD, e per rappresentare l’adesione è stato utilizzato il modello di morphing mesh disponibile in ambiente Star CCM+.
Tutte queste caratteristiche hanno reso la simulazione numerica estremamente complessa ma hanno consentito non solo di valutare il comportamento macroscopico della vettura in condizioni di pioggia ma anche di valutate la bontà del progetto del condotto di recupero di acqua dal parabrezza e la possibile ingestione di acqua dai condotti di aspirazione motore e del sistema di condizionamento, evento critico per il loro funzionamento.
La procedura ha evidenziato come la prima metodologia sia sufficientemente rappresentativa della realtà e poco costosa in termini computazionali, consentendo di simulare 20 secondi di funzionamento in 10 giorni utilizzando 256 core del cluster di Cubit, contro approssimativamente 500 giorni per ottenere gli stessi risultati con il modello Dispersed Multiphase, senza un sostanziale incremento di accuratezza.
Ringraziamo l’Ing. Giacomo De Angeli, Performance Manager presso Maserati, e l’Ing. Antonio Ercoli per aver contribuito in modo determinante alla realizzazione di questo progetto.
