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DOSSIER
INDUSTRIA AUTOMOTIVE
progettare
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GIUGNO
/
LUGLIO
2016
damento e modulo scambiatore di
calore frontale. L’obiettivo è offrire
un maggiore realismo, unitamente
a una più ampia gamma di condizio-
ni operative, rispetto a una camera
di test reale tipicamente azionata
a temperature di camera di test
decenti. Il flusso d’aria attraverso
il vano motore viene modellato in
conformità con la velocità del vei-
colo e le prestazioni della ventola
di raffreddamento. La temperatura
dell’aria è anche modellata in con-
formità con l’emissione di calore
da parte del modulo radiatore nella
parte anteriore del motore. Il mo-
dello di veicolo, che include una
catena cinematica, un modello di
strada e un ambiente esterno viene
usato per la simulazione transitoria.
È quindi possibile definire condi-
zioni limite per qualsiasi ciclo di
guida dal riscaldamento alla guida
su circuito automobilistico.
Il modello del motore è definito
in maniera particolareggiata fino
a un livello idoneo all’analisi dello
stress termico, con il flusso termico
Installazione del motore del concept car virtuale
Pandora di InDesA.
dalla combustione nella camicia del
cilindro, pistone, lato della testata
a diretto contatto con la camera di
combustione e luci di scarico. Inol-
tre, il calore da attrito dissipato va ad
aggiungersi alla camicia del motore.
Ciò consente di calcolare il flusso
termico interno, ossia lo scambio di
calore tra la struttura del motore, il
refrigerante e l’olio motore.
Sulla base di questi scambi di calore
e dei modelli di simulazione, viene
creato in Star-CCM+ un modello di
veicolo unificato composto da 100
- 150 milioni di celle, che viene utiliz-
zato per calcolare il flusso termico dal
motore al sistema di raffreddamento
e di lubrificazione da dove viene
trasportato al gruppo scambiatore
di calore nella parte anteriore. Qui
il calore viene ceduto all’aria di raf-
freddamento che passa attraverso lo
scambiatore di calore e la ventola di
raffreddamento. Pertanto il motore
vede le corrette condizioni di flusso
e temperatura dell’aria nel vano mo-
tore, il che costituisce una notevole
differenza rispetto alle prove nella
camera di test convenzionale.
Cosa dire
Questo modello di simulazione Star
integrato consente di quantificare
con precisione le varie fonti di ca-
lore. Per esempio una velocità del
veicolo di 240 km/h con una potenza
al freno del motore di 135 kW, il 51%
del calore totale della combustione
proviene dalla camera di combu-
stione, il 37% dal collettore di sca-
rico raffreddato ad acqua, mentre il
restante 12% deriva dall’attrito del
motore. Va rilevato che quest’ultima
quantità è essenzialmente un input
dai test reali. Il modello rivela inoltre
la cessione di calore al refrigeran-
te (79,6%), all’olio motore (14%) e
all’ambiente esterno attraverso la
superficie del motore (5,8%). In-
DesA osserva che, a causa della
ridistribuzione e dei flussi di calore
Vettori di flusso termico nella struttura del
motore.
interni, i valori indicati dalla simula-
zione differiscono da quelli che ci si
potrebbe aspettare in base all’intui-
zione ingegneristica. La simulazione
indica inoltre le temperature del
refrigerante, dell’olio nel passaggio
dell’olio e la temperatura dell’aria
dopo lo scambiatore di calore.
Utilizzato in combinazione con le pro-
ve al banco di prototipi reali, l’ap-
proccio virtuale di InDesA consente
di prevedere la dispersione del calore
nella fase iniziale dello sviluppo di un
motore conmaggiore sicurezza e rea-
lismo di quanto consentito dalle sole
prove al banco. InDesA ritiene che,
con ulteriori perfezionamenti, questa
metodologia potrebbe rimpiazzare
completamente le prove di dispersio-
ne del calore su prototipi reali.
G. Seider - InDesA, Germania
Flusso termico dalla superficie del motore
all’ambiente esterno secondo la velocità e analisi
delle fonti di calore.