Simulación del Ahmed Body

El "Ahmed Body" fué definido por primera vez en el trabajo experimental del especialista en aerodinámica Ahmed et Al en el año 1984. Se trata de un cuerpo geométrico que trata de emular de una forma básica la aerodinámica de un vehículo terrestre. En la zona trasera vemos un plano de inclinación variable que emula el parabrisas trasero. Para un ángulo de 25º y una velocidad de 60m/s se obtiene un Cx de 0,285.



He diseñado en CATIA la misma geometría para simularla mediante CFD (tunel de viento virtual) y asi poder comprobar la exactitud de la simulación:



Para que la simulación no ocupase demasiada memoria RAM, he optado por aprovechar la simetría del objeto y de esa manera simular solamente la mitad de la geometría. Haciendo esto consigo la misma resolución de malla y la misma precisión que obtendría con un ordenador que tuviera un 70-80% más de memoria RAM que el que poseo actualmente (de momento tenemos instalados 6GB DDR3 con un Core i7 920 de cuatro nucleos con HT y Turbo Boost, aunque en un futuro quizas practique overclock para que las simulaciones tarden menos tiempo). Como no tengo un ordenador de la NASA ni de un prestigioso equipo de la Fórmula 1, tengo que aguantarme y esperar varias horas (a veces dias completos) a que acabe cada simulación. Cuanto más precisa es la simulación, más memoria RAM consume y más tiempo tarda en terminar. Se puede hacer una simulación que tarde 10 minutos, pero el resultado no será para nada realista ni preciso, normalmente esas simulaciones "de prueba" ofrecen resultados de resistencia aerodinámica que pueden llegar a duplicar o triplicar los valores reales.


Despues de "cortar" el cuerpo por su plano de simetría, procedo a crear el túnel de viento, que es una caja rectangular a la que resto el volumen del cuerpo, para así obtener la forma geométrica del aire que queremos simular:

Normalmente la altura del tunel debe ser 5 veces la altura del vehículo, la anchura del tunel 5-7 veces la del vehículo, y la longitud del tunel 8-10 veces la del vehículo. Entre la entrada del tunel y la parte frontal del vehículo debe haber 1,5-2 veces la longitud del vehículo, y el resto del tunel se dejará para simular las turbulencias que se producen en la parte trasera (¡parte muy importante por cierto!).


Una vez que hemos terminado de modelar el aire que contendrá nuestro tunel de viento virtual, lo guardamos con la extensión .STP en el escritorio. Si no lo guardamos en el escritorio, el siguiente programa nos dará un error (al menos la versión de la que dispongo actualmente).


Bien, ahora abrimos el Star-CCM+ y pinchamos en File-> New simulation...
Nos aparecerá el siguiente cuadro de diálogo:


Si nuestra máquina tiene más de un núcleo, escogemos "Parallel" y en "Compute processes" ponemos el número de núcleos de nuestro procesador. Si tenéis un Intel con HT, entonces ponéis el número de procesadores lógicos menos 1 para que no ralentice demasiado el equipo; en mi caso tengo 4 núcleos con HT, es decir, 8 núcleos lógicos, le resto 1 y quedan 7:




Al escoger este modo, conseguimos que todos los núcleos se pongan a trabajar en equipo (en paralelo) para que la simulación tarde mucho menos. Pero tiene varias desventajas:

1º Tengo dos versiones del Star-CCM+, una de 32 bit y otra de 64 bit. La de 64 bit en general va más rápido y te permite utilizar más de 3GB de RAM, por lo que se pueden hacer simulaciones precisas. Pero la versión que yo tengo de 64 bit no permite trabajar en paralelo, solo en serie.

2º Para poder trabajar en paralelo, hay que instalar previamente el MPICH.

3º Aunque estemos trabajando en paralelo, hay muchas funciones del programa que sólo pueden trabajar en serie (es decir, son funciones "no paralelizables"), una de la más importante es la creación de malla, tanto la superficial como la malla 3D polihédrica (la que divide el tunel en millones de pequeños cuadraditos para calcular la velocidad y presión en cada uno de esos cuadraditos). A esa división del espacio se le llama discretización, y suele llevarse el 5%-20% de todo el tiempo de cálculo.

4º Este modo consume algo más de RAM, y no deja casi nada de potencia de cálculo para otros programas. El micro puede calentarse más de la cuenta si la refrigeración no es buena.



Una vez que hemos creado la simulación dándole a aceptar, le damos a File-> Import Surface Mesh... (muchas de estas instrucciones están en forma de iconos en la barra de herramientas)


Bueno, como veo que el tutorial me esta quedando muy largo, me voy a centrar en el Ahmed Body y más adelante explicaré los restantes pasos...

El resultado de la simulación, con 6.005.000 de nodos y la memoria a tope (cada millón de nodos consume 1GB de RAM) me ha dado un resultado de Cx = 0,2838, lo que supone un error con respecto al valor real de un 0,4%... nada mal ehh? :)

Ahora unas fotitos que siempre queda bonito jejeje: