APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

En l'àmbit de la microbiologia s'utilitzen agar i nutrients per fer cultius de microorganismes on aquests dos fluids s'han de barrejar per finalment posar-ho en una placa de petri. Per aquest motiu, es vol estudiar un dispositiu per poder barrejar dos líquids. Per fer-ho, s'estudia la barreja per a canonades en forma d'espiral de diferents seccions (quadrada, rectangular i circular). Primer, es desenvolupa un codi en Python per parametritzar la canonada tant de secció quadrada com rectangular, amb l'objectiu de poder generar aquest tipus de malles fàcilment a través del blockMeshDict. En segon lloc, es desenvolupen una sèrie de simulacions amb el solver simpleFoam amb l'objectiu d'estudiar: els perfils de velocitat, diferencial de pressions, entre altres coses per així poder validar les malles que posteriorment s'usaran per simular la barreja. Després, es duen a terme les simulacions amb el solver twoLiquidMixingFoam barrejant aigua amb aigua, amb l'objectiu de comparar els resultats amb els d'un article que treballa amb microespirals, el qual ens ajuda a validar els resultats obtinguts. Una vegada analitzats els resultats s'observa que els més precisos són donats per a la secció circular, la qual també ens proporciona la millor barreja. Aquesta barreja s'ha calculat amb un índex prèviament definit. Una vegada han quedat validades les últimes simulacions amb el twoLiquidMixingFoam, es fan dos tipus de simulacions més. La primera simulació es desenvolupa amb les microesprials i l'altra es du a terme amb una geometria de mida real. El que es pretén amb aquestes simulacions és que serveixin d'ajuda com a punt de partida a futurs estudis d'aquest treball una vegada vistos els resultats.

Baltasar is a new car company from Cerdanyola del Vallès (Barcelona, Spain). Its first car, the Baltasar Revolt, is the first track day registrable car (1). It combines the velocity required for the circuit and the versatility of a registrable car. The company itself has considered relevant to make a CFD study of two new different parts of the car to observe how they affect the aerodynamic development of the Revolt. The first one of these two pieces will be the aerodynamic study using CFD of the body part called “front cover” and the comparison with a new redesign. This item is the equivalent of the bonnet of a passenger car. Moreover, this redesigned front cover must be able to accommodate a small cockpit visor for the pilot and co-pilot, which will also be aerodynamically analysed. The second part of the thesis will consist of the aerodynamic study using CFD of a commercial rear wing and conclude if this aerodynamic device could be beneficial to the performance of the car inside a track. Furthermore, it's going to be an original study because inside the company there isn't another aerodynamic thesis and the aerodynamic study of the actual car has to be done to correctly make the comparison of these new two pieces. Finally, this thesis and all the deliverables, information and files of various kinds are confidential.

Formula 1 witnessed in 2022 the largest and most important technical rules change in the history of motorsport. The aim was at simplifying radically the car's aerodynamics to reduce the dirty air wake generated, and thus, promoting better racing and wheel to wheel battles. However, nobody expected that these new 2022 cars suffered somehow violent bouncing down any straight at very high speeds. Rapidly, this phenomenon was named porpoising and was one of the main talking points along the 2022 F1 season. The present study analyzes deeply this effect based on a previous understanding of the basic concepts of aerodynamics and fluid mechanics in motorsport cars. Therefore, a breakdown of it is required to essentially understand how it is triggered both aerodynamically and mechanically. Furthermore, it is evaluated by means of CFD techniques the existent correlation between the ride height of the car and the trigger of porpoising, which is strongly influenced by the new 2022 technical rules change. The usage of computational tools like CFD allows to thoroughly visualize, by means of numerical methods, how drastically a 15 mm floor raise may report downforce losses up to 40 N. Thus, this alternative is not quite efficient at aiming to minimize porpoising from an overall car performance point of view, and that's not all, as it will be studied how a big role the heave spring stiffness and usage plays at attempting to reduce the enormous suspension jounce.

L'estudi de la interacció fluid-estructura (FSI) d'un cilindre circular recte i elàstic disposat en vertical i en voladís sotmès a flux d'aire creuat constant i uniforme s'ha realitzat tant experimentalment com numèricament amb l'objectiu principal de validar el model numèric en base a les mesures experimentals. Primerament, l'estudi experimental s'ha realitzat en el túnel de vent del laboratori del Departament de Mecànica de Fluids de l'ESEIAAT. Aquest s'ha basat en el processament d'imatges obtingudes de la gravació de vídeos gravats a càmera super-lenta considerant sis velocitats diferents del flux d'aire. La finalitat del processament de les imatges ha sigut el de captar el desplaçament de l'extrem lliure del cilindre (de niló Ertalon) en la direcció del flux d'aire i en el transcurs del temps per tal d'obtenir en cada cas la seva posició d'equilibri, l'amplitud d'oscil·lació, l'angle de flexió i la freqüència d'oscil·lació. Addicionalment, en l'experimentació s'ha observat el fenomen de les vibracions induïdes per vòrtexs (VIV), resultant en un augment substancial de l'amplitud d'oscil·lació del cilindre en l'instant en que es compleix la condició de ressonància en el qual la freqüència d'oscil·lació del cilindre s'iguala amb la seva freqüència natural. Tot i així, aquesta amplitud ressonant no ha resultat significant a causa del gran amortiment estructural del niló. En segon lloc, l'estudi numèric s'ha dut a terme utilitzant l'eina solids4Foam d'OpenFOAM, que permet realitzar anàlisis d'interacció fluid-estructura. Atribuint per al sòlid un model de geometria lineal juntament amb la llei elàstica lineal de Hooke i per al fluid un model per a flux incompressible, transitori i turbulent s'han realitzat dues tandes de simulacions numèriques: en les primeres considerant les propietats físiques i mecàniques de la fitxa tècnica i en les segones considerant les propietats obtingudes experimentalment per al material de niló Ertalon. La diferència principal existent ha estat en el valor del mòdul de Young del material, que segons la fitxa tècnica és de 3300 MPa i segons l'assaig a tracció efectuat és de 741 MPa. Segons la comparació entre resultats experimentals i numèrics, s'ha conclòs que a causa de limitacions en el model numèric i concretament en el model del sòlid, aquest no es capaç de reproduir correctament el que succeeix en la realitat experimentalment. En les simulacions el cilindre no es manté en una posició d'equilibri i oscil·la respecte aquest punt amb una petita amplitud (tal com esdevé experimentalment) sinó que en cada oscil·lació torna a la seva posició inicial. Per tant, no ha sigut possible validar acuradament el model numèric. Tot i així, segons el model numèric utilitzat considerant les propietats físiques i mecàniques obtingudes experimentalment per al niló Ertalon, algunes de les comparacions han resultat relativament similars, indicant que aquestes són les propietats adequades per al material en el cas d'estudi i que en principi l'únic problema existent és a causa de la limitació ja explicada del model numèric.

From an engineering, economical and sustainable perspective, performance is always a key factor that must be maximized. When it comes to road mobility, one of the aspects that concern both, the vehicle manufacturer and the user is the fuel consumption. The lower the consumption, the more appealing the product will be to the customers as it has less impact on both, the user's economy and the environment. As a result, the consumer, the automobile manufacturer, and our planet, Earth are all benefited from a fuel consumption reduction. Thus, it is a win-win situation for all the parties involved. Fuel consumption is caused by several factors, however, one of the most prominent factors is drag. Therefore, an open-source gradient-based optimization framework has been implemented in this project to automatically parametrize the geometry, perform CFD simulations, compute derivatives implementing the discreteadjoint method in order to modify the vehicle shape with the aim of reducing the aerodynamic drag. Finally, the acquired results have been discussed and examined by comparing the drag coefficient, the geometrical shape, and the pressure distribution, velocity field, and the wake between the initial and the optimized case.

La interacció fluid-estructura (FSI) computacional dona lloc a una gran varietat de fenòmens físics amb nombroses aplicacions en diverses branques de l'enginyeria, incloent-hi l'aeroespacial. La finalitat d'aquest estudi és comparar els resultats obtinguts experimentalment amb els obtinguts numèricament de la FSI d'un tàndem de dos cilindres flexibles sota un flux d'aire creuat, per a diferents velocitats del vent. Els cilindres són geomètricament iguals, del mateix material, disposats en línia amb la direcció del vent i a una certa distància entre l'un i l'altre. Els dos sòlids es posicionen verticalment i es troben encastats per un dels seus extrems. Les magnituds d'interès per estudiar la dinàmica del tàndem han estat l'amplitud de pic a pic i la freqüència de les oscil·lacions, i l'angle de flexió i el desplaçament dels extrems lliures dels dos cilindres. Pels resultats empírics, s'ha dissenyat i realitzat un experiment amb dos cilindres de niló en un túnel de vent. S'han enregistrat les imatges del tàndem sotmès al flux d'aire creuat amb una càmera d'alta velocitat. Per quantificar el moviment dels extrems lliures del cilindre s'ha programat un codi per dur a terme el processament d'imatges mitjançant el mètode de seguiment de punts. D'altra banda, s'han portat a cap unes simulacions numèriques de l'experiment amb el paquet desenvolupat d'OpenFOAM solids4foam. Per això, ha fet falta preparar la geometria, generar la malla i modificar el codi per resoldre el problema de FSI de l'estudi. Un cop obtinguts els primers resultats numèrics s'han dut a terme unes noves simulacions amb alguna modificació, a causa de les petites discrepàncies amb les dades experimentals. El resultat d'aquestes últimes proves han estat més satisfactoris, tot i que s'ha acabat evidenciant l'actual manca de mètodes computacionals fiables, eficients i robustos per resoldre casos tridimensionals de FSI. Tot i això, el principal propòsit del treball ha estat assolida satisfactòriament, ja que ha estat possible simular un problema tridimensional de FSI i comparar els resultats d'ambdós estudis.