Essais de contrôle d’écoulement à l’arrière d’un corps de ... · -Fréquence de 150 Hz-Pertes de charge dans l’électrovanne ... -Faible mélange dans la largeur de sortie

Journées GDR Contrôle des Ecoulements24 et 25 novembre 2009

Essais de contrôle d’écoulement à l’arrière d’un corps de Ahmed par jet pulsé produit par des électrovannes

Philippe Gilotte *, Eric Bideaux **, Jean-Yves Champagne ***, Mahmoud El Hajem ***

PAGE 2 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 24 et 25 novembre 2009

1. Contrôle par jets synthétiques : approche par calcul 2D transitoire

1. Travaux de référence (Renault – IMFT)

2. Fréquences caractéristiques de l’écoulement (pas de temps …)

3. valeurs physiques à contrôler (fréquence et qdm )

2. Contrôle par jets pulsés : approche par essais

1. Caractéristiques des électrovannes

2. Vérification au film chaud et par calcul transitoire 3D

3. Montage sur maquette

4. Premiers essais de visualisation en soufflerie

3. Conclusions

� Démarche : contrôle d’écoulement sur le corps de Ahmed


� Aérodynamique véhicule : solution de contrôle

� Solution de contrôle à l’arrière du corps de Ahmed - Gain de 7% : réduction des tourbillons longitudinaux sur les montants arrière- Gain de 7% : réduction de la zone de décollement- Interaction entre les deux phénomènes

Transparent présenté par E. GUILMINEAU, Ecole Centrale de Nantes


� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique

� Contrôle du décollement sur la lunette arrière du c orps de Ahmed- Calcul bidimensionnel sur géométrie à l’échelle ¼, lunette inclinée à 25°- Conditions aux limites au niveau pavillon/lunette pour introduction jet synthétique- Réduction du décollement et des pertes de pression d’arête avec contrôle

Coefficient de pression d’arrêt Cpi et lignes de courant sur le champ de vitesse moyen sans contrôle (à gauche) et avec contrôle (à droite) 2

0

21

u

PPCp i

ρ

−=

7,0===∞

+

HU

f

f

fF j

k

j

42

2max 1,1

4−

∞

== eHU

dUCµ

C. LECLERC, E. LEVALOIS, P. GILLIERON, A. KOURTA, Aerodynamic drag reduction by synthetic jet: 2D numerical study around simplified car, 3rd AIAA Flow Control Conference, June 2006



� Caractéristiques de l’écoulement transitoire sans c ontrôle- Vitesse

- Hauteur de 288 mm

- Fréquence caractéristique

- Période : 0,00719 s

- Pas de temps < 7,19 e-4 s

HzH

Ufk 139

288

40 === ∞

0,7H= 200 mm

H = 288 mm

25 m/s

U∝ = 40 m/s

smU /40=∞



� Caractéristiques de l’écoulement transitoire avec c ontrôle

- Taille de maille la plus faible : ∆x = 0,16 mm

- Vitesse du jet :

- pas de temps pour calcul transitoire :

- Temps d’échantillonnage en semi implicite

- Nombre d’itération par période :

- Moyenne sur 24 périodes : [0,075 ; 0,25] => 1400 itérations

smU jet /30=

see

U

Xt

jetCFL

63

.3,530

1.16,0 −−

==∆=∆

seett CFLe46 25,1.3,5.23.23 −− ==∆=∆

5,5725,1

19.71

4

3

==∆ −

−

e

e

t

fk

1 mm

Contrôle avec jet pulsé



1 mm 0,5 mm

1 mm 0,5 mm

� Caractéristiques de l’écoulement transitoire avec c ontrôle- Variation temporelle de la vitesse au centre du jet

- Jet de 1mm de large

- Bord à 0,5 mm de l’arête

Condition aux limites du jet synthétique



� Écoulement moyen sans contrôle

vitesse moyenne sans jet : décollement sur la lunette

V= 6 m/s

V= 6 m/s



� Écoulement moyen sans contrôle- Niveaux similaires des coefficients de pression moyennés- Lignes de courant similaires entre les deux calculs

Average results for total pressure coefficient and streamline from Renault – IMFT publication

Average results for total pressure coefficient and streamlines from PO simulations



� Écoulement moyen sans contrôle

- Coefficient de pression :

- Coefficient de traînée : (lié au coefficient de pression)

Cp obtenu sans contrôle

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-0,6-0,55-0,5-0,45-0,4-0,35-0,3-0,25-0,2

CP

Y/H

%

Coeff icient de pression

Série2

Valeurs algébriques plus fortes dans le calcul PO : sensibilité au maillage ?

2

0

21

u

PPcp

ρ

−=

dsxncC i

ds

pd

rr.∫−=

Renault – IMFT publication



� Écoulement moyen avec contrôle

vitesse moyenne avec jet



� Écoulement moyen avec et sans contrôle- Gain de Cx de 15% avec solutions de soufflage (7% attendu en 3D)

Gain en Cx de l’ordre de 15% en 2D

42

32

2

2max 3,3

288,0.40.4

.38,0.40

4−

−

∞

=== ee

HU

dUCµ

D’après Renault – IMFT publicationD’après Renault – IMFT publication


� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés

� Conditions de soufflage :- Maquette à l’échelle 0,7- Jet pulsé à 198 Hz - vitesse max de soufflage de 20 m/s

42

32

2

2max 2,2

288,0.40.4

.38,0.40

4−

−

∞

=== ee

HU

dUCµ

gain probable de 7% en 3D sur l’arête pavillon / lunette

definition symbole echelle 0,7

vitesse vehicule [m/s] U∝ 40

hauteur [m] 0,202frequence [Hz] f 198

vitesse actionneur [m/s] Umax 20

largeur fente [m] d 7,00E-04coeff qté mvt cµ 2,17E-04longueur fente [m] L 0,272

longueur actionneur Laction 0,040

nb actionneur N 7

débit actionneur [l/min] Qaction 33,6



� Données des électrovannes :- Temps de réponse < 2 ms- Frequence max 200 Hz- débit max de soufflage de 30 l/min- Compatible avec condition de soufflage demandé- Possibilité d’utiliser un distributeur de deux électrovannes

électrovannedistributeur



� Adaptation des électrovannes :- Adaptation d’un diffuseur- entrée dans le diffuseur en diamètre 6 mm- Sortie sur une section de 0,7 x 40 mm- Vitesse moyenne de 20 m/s en entrée et sortie- Mesures au fil chaud

Adaptation d’un diffuseur

Mesures au fil chaud



� Mesures de soufflage d’électrovannes :- Vitesse crête à 6 mm de la sortie : entre 15 m/s et 20 m/s - Vitesse moyenne autour de 15 m/s- Fréquence de 150 Hz- Pertes de charge dans l’électrovanne (de l’ordre de 3b)

Résultats de mesures de vitesse au film chaud en transitoire (à gauche) et moyenné (à droite)

Vitesse de sortie en fonction de la pression amont



� Calcul du soufflage à la sortie de l’électrovanne :- Faible mélange dans la largeur de sortie de diffuseur sur les vitesse instantanées- Faible amortissement et déphasage de la vitesse dans le diffuseur (9,5 e-4s)

DDC

D

Vitesse suivant la largeur à t=0,1932s

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

position suivant la largeur

vite

sse

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

0,18 0,182 0,184 0,186 0,188 0,19 0,192 0,194 0,196

Centre

Demi Droite

Droite

vitesse d'entrée

DDC

D

Ve



� Montage sur maquette :- Corps de Ahmed à l’échelle 0,7- Lunette inclinée à 35° pour créer des conditions st ables de décollement- Création d’un rayon de ceintrage au niveau de l’arête pavillon / lunette- Jet pulsé normal à la lunette- Fente à 5 mm de l’arête avant ceintrage

d= 5 mm

α = 35°

R=20 mm



� Montage sur maquette :



� Préparation des essais soufflerie- Grille de 100 x 110 mm- Diamètre de veine : 1,2 m- Longueur de 1,85 m- Maquette cote hors tout 201 x 272 x 735- Taux de blocage et longueur amont aval à valider



� Essais de visualisation en soufflerie- Pression à l’amont des électrovannes : 4 bars- Fréquence de 150 Hz- Vitesse air soufflerie 37 m/s- Visualisation fumée sur la lunette pour contrôle à 150 Hz- Attachement immédiat- Déttachement très lent- Diminution de la consommation en air comprimé ?



� Conclusion et perspective- Solution de maquettage pour essais de contrôle par débit pulsé- Solution de contrôle lunette à 35°avec rayon de cour bure pavillon/lunette - Attachement en moyenne sur la lunette à confirmer- Détachement lent à confirmer

- Mesures de Cx et de champs de vitesse à réaliser (février par l’institut PRISME)- Optimisation acoustique :

» rigidification du diffuseur» conduit intermédiaire souple entre électrovanne et diffuseur

- Calcul 3D du jet sur le corps de Ahmed avec conditions de périodicité (janvier)

Documents

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