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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 ***
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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
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� 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
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� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
� 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=∞
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
� Écoulement moyen sans contrôle
vitesse moyenne sans jet : décollement sur la lunette
V= 6 m/s
V= 6 m/s
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
� Écoulement moyen avec contrôle
vitesse moyenne avec jet
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique
� 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
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� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� Montage sur maquette :
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� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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
PAGE 21 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 24 et 25 novembre 2009
� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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 ?
PAGE 22 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 24 et 25 novembre 2009
� Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés
� 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)