Aerodynamic validation of a Formula Student race car

Abstract

Denne oppgaven omhandler prosedyrene for å forberede og gjennomføre eksperimenter i storskala-vindtunnelen på NTNU Gløshaugen. En vindtunnel-modell av Revolve NTNU's elektriske bil fra 2019 i en tredjedels størrelse av originalen ble brukt. Både forberedelsene av modellen og oppsettet i vindtunnelen blir beskrevet i detalj. Begge ble designet i CAD slik at oppsettet skulle bli så realistisk som mulig innenfor de tidsrammene og ressursene som var tilgjengelige. Vindtunnel-modellen ble 3D-printet og behandlet før eksperimentene, som gav tilfredsstillende resultater fra testene.

En sammenligning av resultatene fra vindtunnel-testene og resultater fra CFD-simuleringer ble gjennomført, hvor turbulensmodellen steady k-$\epsilon$ ble brukt, da denne modellen har vært utnyttet i den iterative designprosessen til aerodynamikken på bilene til Revolve NTNU i flere år. Det ble også kjørt flere turbulensmodeller for å ha et større sammenligningsgrunnlag.

Trykkmålinger ble gjort ved hjelp av taps på undersiden av flere elementer på bilen, i tillegg til kraftmålinger. Punktmålinger ble gjort i CFD-simuleringene for direkte sammenligning med vindtunnel-testene. Generelt var korrelasjonen mellom det eksperimentelle og simuleringene god. Mer arbeid bør gjøres på simuleringene for å forbedre konvergensen til enkelte av parameterne, men et godt grunnlag for videre studier av korrelasjonen for flere CFD-modeller har blitt lagt.

This thesis work concerns the procedure for preparing and executing wind tunnel experiments in the large-scale wind tunnel at NTNU Gløshaugen. A 1/3rd scale model of the 2019 Revolve NTNU electric vehicle will be used. The preparation of the wind tunnel model and the test section setup is described in detail. Both was designed in CAD and planned to make it as realistic as possible with the time and resources available. The model was 3D printed and prepared prior to the experiments, and the result was sufficient for collecting good data from the wind tunnel tests.

A correlation study using the experimental results and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations for several freestream velocities and yaw angles was performed. The steady k-$\epsilon$ turbulence model was used, as it has been utilized by Revolve NTNU for the iterative aerodynamic design process for many years. Other turbulence models, both steady and unsteady, were also used for comparison.

Pressure measurements using pressure taps on the suction side of some element of the vehicle were performed, together with force measurements. Probe scalars in the CFD simulations were used at the same coordinates as the pressure taps for easy comparison. In general, good correlation was found for most of the cases. More work should be done getting a better convergence for some of the CFD simulations, to have more reliable data. However, a good foundation for studying different CFD methods have been laid down by collecting wind tunnel test data.