Griglia di calcolo per analisi termico-radiativa di un fanale di auto

The analysis of thermofluid-dynamic crucial aspects of a car light requires to solve a thermoconvective problem, coupled with radiation phenomena in extremely complex geometries. The generation of a computational grid with specific requirements (of high detail in modeling and quality) is therefore essential to achieve a high quality mesh, enabling the CFX solver to rightly assembly the macro-elements on the grid itself. The generated model aims at volumes' definition as well as at the removal of the several interference areas among the different parts of the model. The combined use of the two mesh algorithms OCTREE–DELUNAY here, has allowed to reach important results, concerning both the mesh quality and volume. The complexity of this detailed model requires great accuracy when modeling the interference areas to avoid any ambiguity.

Il cliente: Automotive Lighting
Our vision is to “to be a global leader in exterior automotive lighting, and the preferred partner of the car manufacturers. Our unique corporate culture is based upon our multicultural identity and our sense for competitiveness. This is the foundation for our constant innovations and the high quality solutions, that we provide. “
Our mission is to represent “an innovative and reliable partner to our customers for external lighting of automobiles. We also represent a dependable and safe value to our shareholders, to our employees and to our partners”

Il Problema
L’indagine dei problemi termofluidodinamci per un fanale, richiede la soluzione del problema termo-convettivo accoppiato a fenomeni di radiazione in geometrie molto complesse.
Si rende quindi necessaria la generazione di una griglia di calcolo con i seguenti requisiti:

• livello di dettaglio elevatissimo: lampade con relativi supporti, bulbi e spessori solidi di vetro
  
• modellazione di tutti le parti fluide, solide e porose
  
• suddivisione degli elementi di superficie per applicazione BC (pareti adiabatiche, pareti a temperatura imposta, pareti a flusso termico imposto, pareti radiative (passive ed attive)
  
• dimensione della mesh ragionevolmente contenuta, compatibilmente con l’accuratezza e le risorse a disposizione
  
• griglia di calcolo con elementi di elevata qualità: la mesh deve cioè avere quanti più possibile elementi con un valore di aspect ratio e rapporto di espansione controllato, al fine di ottenere macro elementi di buona qualità nell’assemblamento operato sulla griglia di calcolo dal solver di CFX per la risoluzione del campo radiativo.

Mesh in ANSYS ICEM CFD
Modello CAD di partenza: CATIA V4 la geometria è stata importata da 7 files .model contenenti le varie parti costituenti il fanale (componenti, cornice, corpo, fresnel, indicatori di direzioni, lente, riflettore)

Riparazione CAD in ICEM CFD
Il modello, generato non in un’ottica CAE, ha visto diverse operazioni di tipo geometrico, volte alla definizione dei volumi (chiusura superfici) ed alla eliminazione delle numerose zone di interferenza tra le varie parti del modello, generate da problemi di tolleranza nella rappresentazione del manufatto nel cad di partenza.
La complessità del modello ha reso più onerosa questa parte di attività rispetto a quanto normalmente accade, richiedendo l’utilizzo delle svariate opzioni di diagnostica/ creazione/riparazione geometrica di ICEM CFD, per la maggior parte generalmente poco utilizzate per analoghe attività, ma di tipo standard

Algoritmo di mesh OCTREE – DELUNAY
Questa tecnica accoppiata ha permesso il raggiungimento di due obiettivi in cascata:

• l’algoritmo OCTREE, robusto e adatto a modelli complessi la cui geometria presenta problemi ed imperfezioni a diversi livelli, ha permesso l’ottenimento di una mesh di pelle chiusa e di sufficiente qualità. Occorre in questo caso precisare che le opzioni di editing di mesh presenti in ICEM, permettono di migliorare e ridefinire la griglia superficiale, intervenendo sui triangoli in modo da sopperire alla carenza del cad nelle regioni più critiche del modello
• l’algoritmo DELUNAY che, partendo dalla suddetta griglia superficiale, ha generato il volume in maniera veloce ed efficiente (notevole risparmio di elementi di volume rispetto ad altri tipi di algoritmo).
  La griglia finale conta 5630364 elementi di volume (Tetra_4)

Cura dei particolari
Parte della complessità del modello è dovuta alla presenza di un considerevole numero di particolari e di piccole regioni del modello interessate da interferenza reciproca che dovevano essere modellate, ulteriormente evidenziata dal cospicuo numero di differenti domini da prevedere: plastiche, vetro, metallo, aria (23 differenti domini).

Buona qualità
Come precedentemente osservato la buona qualità della griglia di calcolo riveste, qui in modo particolarmente, un importante requisito da soddisfare a causa della presenza di calcolo con radiazione: l’assemblaggio (coarsening) degli elementi che la radiazione prevede, porta come conseguenza, l’obbligo di non avere “ambiguità” di appartenenza degli elementi della mesh rispetto alla parte del manufatto che vanno a rappresentare, con conseguente necessaria cura nel modellare le zone di interferenza che, per definizione, sono potenziali fonti di tale ambiguità

Si ringrazia Automotive Lighting per la collaborazione nelle persone gli Ingg. Zattoni e Pesante

Per maggiori informazioni:
Ing. Luca Brugali
Responsabile ANSYS ICEM CFD
info@enginsoft.it