Simulazioni CFD per l’ottimizzazione del design aerodinamico in contesti automobilistici

This thesis focuses on the application of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations for aerodynamic optimization in two different automotive contexts. The work starts with an in-depth analysis of CFD simulations, exploring their Theoretical Concepts, the techniques (RANS, URANS and LES) and the various turbulence models. The first analysis consists in the study of a sedan car, where CFD simulations allowed to acquire detailed data on the aerodynamic behavior of the vehicle. A subsequent redesign of the floor, with the introduction of aerodynamic diffusers positioned at different angles, highlighted, through quantitative analyses, how geometric variations influence aerodynamic resistance. While, the second analysis concerns an optimization study on a sports car model. CFD simulations were used to analyze the fluid dynamic flows around the vehicle and identify areas of aerodynamic improvement. The redesign process included geometric modifications to the bonnet and windshield, and also the addition of a spoiler, leading to an improvement in aerodynamic terms. In conclusion, the thesis demonstrates how CFD simulations are an essential tool in aerodynamic engineering to guide design decisions and optimize vehicle performance.

La presente tesi si focalizza sull’applicazione delle simulazioni di Fluidodinamica Computazionale (CFD) per l’ottimizzazione aerodinamica in due distinti contesti automobilistici. Il lavoro inizia con un’analisi approfondita delle simulazioni CFD, esplorando il loro fondamento teorico, le tecniche (RANS, URANS E LES) e i vari modelli della turbolenza. La prima analisi consiste nello studio di una berlina, dove le simulazioni CFD hanno permesso di acquisire dati dettagliati sul comportamento aerodinamico del veicolo. Un successivo redesign del fondo, con l’introduzione di diffusori aerodinamici posizionati a diverse angolazioni, ha evidenziato, tramite analisi quantitative, come le variazioni geometriche influenzino la resistenza aerodinamica. Mentre, la seconda analisi riguarda uno studio di ottimizzazione su un modello di auto sportiva. Le simulazioni CFD sono state utilizzate per analizzare i flussi fluidodinamici attorno al veicolo e identificare aree di miglioramento aerodinamico. Il processo di redesign ha incluso modifiche geometriche al cofano e al parabrezza, e anche l’aggiunta di uno spoiler, portando un miglioramento in termini aerodinamici. In conclusione, la tesi dimostra come le simulazioni CFD siano uno strumento essenziale nell’ingegneria aerodinamica per guidare le decisioni di design e ottimizzare le prestazioni dei veicoli.