Perché le simulazioni di fluidodinamica sono importanti e quali vantaggi chiave possono fornire, in particolare nel mondo dell’automotive? Per spiegarlo è bene prima di tutto ricordare un trend generale e comune a tutti i settori industriali: oggi, i team di engineering dei prodotti sono costantemente sotto pressione, per sviluppare con rapidità e time-to-market sempre più compressi, prodotti altamente innovativi e caratterizzati anche da complessità crescente. Allo stesso tempo, tali team hanno il mandato di comprimere i costi, utilizzando il minor numero possibile di prototipi fisici per la realizzazione dei prodotti finali. Tra l’altro, la stessa pressione verso uno sviluppo prodotti più rapido non dà più il tempo agli ingegneri di attendere che il loro progetto venga analizzato e validato dai diversi specialisti, come avveniva tradizionalmente, perché oggi è necessario sapere già molto prima nel processo di sviluppo se il proprio progetto è corretto e può procedere verso le fasi successive.
Simulazione cruciale per la qualità dei prodotti automotive
Nell’industria automobilistica, la crescente complessità dei prodotti e progetti elettromeccanici e meccatronici richiede una comprensione profonda delle dinamiche e problemi correlati ai flussi di fluidi nei vari dispositivi e in questo spazio le simulazioni eseguite con i software di simulazione fluidodinamica computazionale (CFD - Computational Fluid Dynamics) risultano oggi essenziali per stabilire con rapidità e buona approssimazione se il sistema, ovvero il prodotto realizzato, funzionerà bene nell’applicazione reale, fornendo le prestazioni stabilite dagli ingegneri. In particolare, la simulazione CFD, fornisce vantaggi in diverse aree di progettazione del settore automotive. Vediamo insieme quali:
1. Ottimizzazione della gestione termica del veicolo
Nell’analisi dei processi di raffreddamento e trasferimento del calore all’interno dei sistemi di propulsione, ma anche nella climatizzazione dell’abitacolo della vettura, la simulazione fluidodinamica permette agli ingegneri di ottimizzare la progettazione, elaborando soluzioni e tecniche estremamente innovative.
2. Miglioramenti dell’aerodinamica
La simulazione CFD aiuta gli ingegneri a migliorare il coefficiente di resistenza aerodinamica (CX) del veicolo e anche il suo livello di stabilità in rapporto, per esempio, al sopraggiungere di eventi improvvisi, come l’insorgere di forti venti trasversali, particolarmente difficili da riprodurre in ambienti ricreati artificialmente, come le gallerie del vento.
3. Potenziamento dell’efficienza nel processo di combustione
Vi sono complesse reazioni chimiche alla base del processo di combustione dei carburanti e meccanismi di trasporto governati dalle leggi della fluidodinamica. Negli ultimi anni, questa fase di funzionamento dei motori termici è stata sottoposta a crescenti vincoli e normative di controllo, a causa degli effetti che soprattutto alcuni inquinanti (CO, NOx, particolato) e le emissioni di CO2, generati dal processo di combustione, stanno avendo sull’ecologia e sulle condizioni di salute dell’ambiente.
Ciò ha stimolato negli anni la nascita di un nuovo filone di ricerca, focalizzato sullo sviluppo di tecnologie innovative, in grado di ottimizzare le performance del sistema di combustione. Da questo punto di vista, la CFD è di ausilio al lavoro degli ingegneri, attraverso la capacità di utilizzare differenti modelli e simulare così gli scenari prevedibili del processo di combustione: con diverse tipologie di combustibili, diverse condizioni ambientali, di utilizzo del motore, ecc. La capacità di simulare in maniera il più possibile precisa, per esempio, la fase di iniezione del combustibile e le dinamiche della miscela di fluidi nella camera di combustione e, successivamente, nel sistema di scarico può essere di grande aiuto nell'ingegnerizzazione di motori in grado di ottimizzare il processo di combustione e ridurre il livello di inquinanti.
4. Ottimizzazione delle prestazioni dei sistemi di scarico
Allo stesso modo, la simulazione CFD permette ai progettisti di migliorare anche lo sviluppo degli impianti di scarico delle autovetture, come accennato più sopra, sottoposti a limiti sempre più rigidi per quanto riguarda le emissioni di inquinanti nell’ambiente e di sempre più estese condizioni di utilizzo.
