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OTTOBRE 2017
AUTOMAZIONE OGGI 401
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Riduzione della resistenza aerodinamica
Gli ingegneri aerodinamici di Lucid si sono avvalsi di Ansys Fluent,
il software Computational Fluid Dynamics (CFD) della piattaforma
di simulazione Ansys, comprensivo del solutore Ansys Adjoint,
per sviluppare lo chassis del veicolo, nuove prese e condotti d’a-
ria, minimizzando il coefficiente di resistenza. I progettisti hanno
poi utilizzato Ansys DesignXplorer, l’avanzato strumento di analisi
parametrica integrato nella piattaforma Ansys, per guidare il soft-
ware CFD e simulare diverse forme di
veicolo, determinandone le performance
aerodinamiche. Queste simulazioni hanno
fornito informazioni dettagliate sulla re-
sistenza aerodinamica relative a forme
diverse, in termini di superfici di risposta,
tavole di sensibilità, plot di Pareto e trade-
off. Con questi dati stilisti e aerodinamici
sono state identificate le forme che ga-
rantivano la minore resistenza, pur rispet-
tando i parametri di stile e altre limitazioni.
Ottimizzazione del motore
Il team Lucid ha impiegato Ansys
Maxwell, il software di simulazione dei
campi elettromagnetici integrato nella
piattaforma Ansys, per la progettazione
e l’analisi di motori elettrici, attuatori,
sensori, trasformatori e altri dispositivi
elettromagnetici ed elettromeccanici.
Maxwell ha determinato le perdite elet-
tromagnetiche nel motore e, con Ansys
Workbench, l’ambiente host e la dorsale
per lo scambio di dati della piattaforma
Ansys, le ha integrate in una simulazione
Ansys Fluent per identificare le tempera-
ture all’interno del motore. Due diversi
sistemi raffreddano il motore: il primo è
un rivestimento ad acqua; il secondo un
sistema in cui l’olio di trasmissione viene
iniettato nelle zone più calde: rotore e
serpentina. I progettisti hanno usato
due modelli accoppiati, uno a olio e uno ad acqua, per simulare
i sistemi. L’analisi multifase transiente con il modello di volume
dei fluidi è stato impiegato per risolvere il dominio raffreddato
a olio. Questo modello ha prodotto coefficienti di trasferimento
di calore della superficie bagnata dall’olio e le temperature locali
dell’olio. Gli ingegneri hanno modellato il sistema di raffredda-
mento ad acqua in Ansys Fluent utilizzando il trasferimento di
calore congiunto steady-state per prevedere le temperature dei
componenti solidi del motore. Queste tempera-
ture sono state poi utilizzate con il modello a olio
e la simulazione eseguita nuovamente. I valori di
trasferimento di calore risultanti sono stati map-
pati sul modello ad acqua. Questo processo itera-
tivo è stato ripetuto fino a che i due modelli non
convergevano sulle stesse temperature, dopodi-
ché Ansys Workbench ha permesso di integrarle
facilmente in un modello strutturale Ansys Me-
chanical, per calcolare lo stress termico e, infine,
effettuare l’analisi di fatica in modo da garantire
che il motore duri il tempo previsto. Con la simu-
lazione gli ingegneri Lucid hanno aumentato la
densità e l’efficienza energetica del motore del
12%. Le previsioni di temperatura corrisponde-
vano alle misurazioni fisiche con un margine di
errore del 3%.
Un altro aspetto importante della progettazione
del motore è stato quello di creare la mappa
del flusso del rotore, integrato nell’algoritmo di
controllo e impiegato per minimizzare le per-
dite del motore in diverse condizioni operative.
Gli ingegneri hanno utilizzato Ansys Maxwell e
Ansys Electric Machine Design Toolkit, che ela-
bora le curve di velocità della coppia, le mappe
di efficienza e altre prestazioni delle macchine
elettriche. Hanno variato parametri quali fre-
quenza, slip e corrente di input per calcolare la
mappa del flusso del rotore e l’hanno integrata
nell’algoritmo di controllo come ‘lookup table’.
I flussi vengono tradotti in voltaggi Pulse Width
Modulation (PWM) durante l’operatività del
Le principali perdite individuate da Ansys Maxwell sono state
mappate in Ansys Fluent per migliorare il design del motore
La simulazione con Ansys Fluent ha
permesso di identificare le
temperature all’interno del motore
Simulazione con Ansys Fluent del volume del fluido del
sistema di raffreddamento