Ny lagstiftning har trätt i kraft, WLTP, Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure, som innebär att när du köper en bil ska du också få veta vilken bränsleförbrukning fordonet har, alternativt räckvidden för en elbil. Det är här Petter Ekmans forskning kommer in, hans forskning vid avdelningen mekanisk värmeteori och strömningslära handlar om hur biltillverkare med hjälp av virtuella aerodynamiska analyser kan förenkla och snabba upp certifieringen av bilens bränsleförbrukning.
Turbulens hanteras i beräkningarna
– Bränsleförbrukningen påverkas av faktorer som vilka fälgar kunden har valt, vilka däck och däckmönster och om bilen ska ha dragkrok, för att ta några exempel. En Volvo XC90 kan teoretisk konfigureras i 300 000 olika varianter och även om bara 200 av dem är realistiska val som kräver certifiering tar det stora resurser från biltillverkaren, säger han.Certifieringen kan ske i vindtunnel, vilket tar lång tid och är dyrt, via testkörning på väg - mindre noggrant, och ett tredje alternativ är att använda datorbaserade flödesdynamiska analyser, CFD (Computational Fluid Dynamics).
Genvägar fungerar
Den mest noggranna metoden är att lösa upp turbulensen genom att fånga in varje virvel för sig, men det kräver så många beräkningstimmar i en superdator att det blir praktiskt ogenomförbart. Det Petter Ekman har undersökt i sin avhandling är hur mycket beräkningarna kan förenklas utan att tappa noggrannheten.
– Vi har försökt hitta genvägar genom att använda modeller av turbulensen nära ytan där virvlarna är små och lösa upp de större virvlarna en bit ifrån, säger han.
I en av avhandlingens artiklar har han med hjälp av en referensmodell, en av branschen framtagen virtuell konceptbil kallad DrivAer, visat att beräkningstiden kan minskas med Petter Ekman Foto Magnus Johanssonhela 90 procent bara genom att ta lite större steg i tiden när man räknar på hur virvlarna rör sig.
– I avhandlingen visar jag att det går göra beräkningarna i CFD med ett fåtal procents minskad noggrannhet. Det går till och med så bra att vi kan börja ifrågasätta experiment. Lagstiftningen trycker på så det är viktigt att biltillverkarna kan räkna både noggrant och snabbt och här är CFD är ett bra hjälpmedel eftersom de kan lita på beräkningarna, säger Petter Ekman.
Timmerbilar och transportfordon
I tidigare artiklar i avhandlingen beskriver han också hur flödesberäkningar med CFD kan bidra till designändringar som kraftigt kan minska bränsleförbrukningen för såväl timmerbilar som mindre transportfordon. Se länkar nedan.Forskningen har bedrivits i samarbete med svensk fordonsindustri och har finansierats av bland andra Energimyndigheten och forskarskolan vid Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling. Beräkningarna har utförts vid Nationellt Superdatorcentrum, NSC, vid LiU.
Petter Ekman försvarade sin avhandling den 5 maj. Efter disputationen vill han helst fortsätta och fördjupa sin forskning, men ett arbete inom beräkningsmetodik i industrin lockar också.
The thesis: Important factors for accurate scale-resolving simulations of automotive aerodynamics, Petter Ekman, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, Linköpings universitet 2020.
Handledare: professor Matts Karlsson
