Analisi CFD e validazione del ciclo termo-fluidodinamico di un motore da motoGP

La continua richiesta di innovazione e velocità di analisi imposte dal mondo racing porta i vari team costruttori alla ricerca costante di metodologie di calcolo volte allo studio rapido di numerose configurazioni proposte dai progettisti. Nel campo motoristico la procedura principe per lo studio dei vari parametri geometrici e non rimane il banco prova sperimentale che, sebbene precisa, risulta poco prona all’analisi di numerose soluzioni. Come per l’aerodinamica anche il campo motoristico ha saputo sfruttare efficacemente le moderne tecnologie di calcolo trovando nelle analisi monodimensionali e tridimensionali un valido strumento di affiancamento al progettista. L’analisi tridimensionale dell’intero ciclo motore, in particolare, risulta un campo poco calpestato dal mondo racing che, sempre per la costante ricerca della rapidità di analisi, si affida quotidianamente allo studio monodimensionale lasciando all’esperienza del progettista e al banco prova la valutazione delle prestazioni, in termini geometrici, dei condotti e della camera di combustione, limitando il grado di esplorazione di possibili soluzioni innovative in tempi compatibili all’industria delle competizioni. Nel presente lavoro di tesi, svolto in collaborazione con Aprilia Racing s.r.l., si è costruito il modello termo-fluidodinamico tridimensionale del gruppo termico utilizzato nel motore dell’Aprilia RSGP22 all’interno del solutore Ansys FORTE. Il documento, in particolare, è diviso in due parti: una prima sezione in cui si descriveranno i modelli numerici utilizzati dal solutore per poi passare alla parte pratica del lavoro con la calibratura e validazione del modello proposto valutandone infine la correttezza dei risultati e la possibilità di utilizzo. Scendendo nel particolare, il primo capitolo è dedicato ad una breve descrizione dei motori da competizione con particolare attenzione alle proposte tecnologiche del mondo motoGP. Si passerà alla descrizione delle griglie di calcolo comunemente utilizzate nell’analisi motoristica (capitolo 2) per poi descrivere i modelli fluidodinamici, di combustione e di scambio termico implementati all’interno del solutore, introdotti rispettivamente nei capitoli 3, 4 e 5. Dal capitolo 6 si inizierà a parlare dell’impostazione del modello introducendo l’apparato sperimentale utilizzato ai banchi prova e l’elaborazione dei dati utilizzati per la validazione dei risultati. Si prosegue poi con l’impostazione generale del modello (capitolo 7), l’analisi di sensibilità alla griglia di calcolo e alla discretizzazione temporale(capitolo 8) per concludere la parte di studio preliminare con l’analisi di sensibilità ai vari parametri del modello di combustione (capitolo 9) e la calibrazione del modello di scambio termico (capitolo 10). Nei capitoli finali verrà presentato il processo di validazione globale del modello analizzando la correttezza delle soluzioni a diversi regimi e configurazioni geometriche.