Optimització geomètrica del difusor d’un autocar

Abstract

En aquest treball de fi de grau s’ha dut a terme un estudi aerodinàmic aplicat a un autocar mitjançant tècniques de simulació CFD (Computational Fluid Dynamics). L’objectiu principal ha estat analitzar la influència que té el difusor en la reducció de la resistència aerodinàmica del vehicle, i avaluar si la seva optimització pot contribuir a una millora del rendiment energètic i una reducció del consum de combustible. Per a l’estudi s’ha escollit el model Irizar New Century 390 Scania K420, a causa del seu disseny clàssic i poc optimitzat aerodinàmicament. S’ha treballat amb una geometria simplificada del vehicle per facilitar el modelatge i garantir l’estabilitat de les simulacions, mantenint, però les característiques principals que influeixen en el comportament del flux, com les rodes, retrovisors i la inclinació prèvia de la part posterior. La metodologia ha consistit en la generació d’un model 3D a SolidWorks, la creació del mallat a ANSYS Meshing i la realització de simulacions estacionàries a ANSYS Fluent. Les condicions de treball s’han fixat per simular una circulació realista a 90 km/h, i s’ha aplicat una capa d’inflation per capturar correctament el comportament de la capa límit. S’ha realitzat una comparació entre els resultats obtinguts el difusor original i el modificat, centrant-se en el valor del coeficient de resistència aerodinàmica (Cd) i la força de drag. Els resultats mostren una reducció del Cd gràcies al canvi de geometria proposat del difusor, especialment en configuracions amb angles moderats i sortida progressiva del flux. A més, es redueixen les turbulències a la part posterior del vehicle, cosa que contribueix a un flux més estable i eficient. Aquest estudi posa de manifest el potencial d’optimitzar els difusors aerodinàmics com a eina de millora en vehicles comercials, especialment en un context de transició cap a una mobilitat més sostenible. Malgrat les limitacions pròpies d’una simulació simplificada i l’absència de validació experimental, els resultats obtinguts són prometedors i ofereixen una base sòlida per a futurs desenvolupaments.

En este trabajo de fin de grado se ha llevado a cabo un estudio aerodinámico aplicado a un autocar mediante técnicas de simulación CFD (Computational Fluid Dynamics). El objetivo principal ha sido analizar la influencia del difusor en la reducción de la resistencia aerodinámica del vehículo y evaluar si su optimización puede contribuir a una mejora del rendimiento energético y a una reducción del consumo de combustible. Para el estudio se ha seleccionado el modelo Irizar New Century 390 Scania K420, debido a su diseño clásico y poco optimizado desde el punto de vista aerodinámico. Se ha trabajado con una geometría simplificada del vehículo para facilitar el modelado y garantizar la estabilidad de las simulaciones, manteniendo sin embargo los elementos principales que afectan al comportamiento del flujo, como las ruedas, los retrovisores y la inclinación trasera. La metodología ha consistido en la creación de un modelo 3D en SolidWorks, el mallado en ANSYS Meshing y la realización de simulaciones estacionarias en ANSYS Fluent. Las condiciones de trabajo se han fijado para simular una circulación realista a 90 km/h, y se ha aplicado una capa de inflation para capturar correctamente el comportamiento de la capa límite. Se ha realizado una comparación entre los resultados obtenidos con el difusor original y el modificado, centrándose en el coeficiente de resistencia aerodinámica (Cd) y la fuerza de drag. Los resultados muestran una reducción del Cd gracias al cambio de geometría propuesto en el difusor, especialmente en configuraciones con ángulos moderados y una salida progresiva del flujo. Además, se reduce la turbulencia en la parte posterior del vehículo, lo que contribuye a un flujo más estable y eficiente. Este estudio pone de manifiesto el potencial de optimizar los difusores aerodinámicos como herramienta de mejora en vehículos comerciales, especialmente en un contexto de transición hacia una movilidad más sostenible. A pesar de las limitaciones propias de una simulación simplificada y la ausencia de validación experimental, los resultados obtenidos son prometedores y ofrecen una base sólida para futuros desarrollos.

This final degree project presents an aerodynamic study applied to a coach, using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation techniques. The main objective was to analyze the influence of the diffuser on reducing the vehicle’s aerodynamic drag, and to assess whether its optimization could contribute to improved energy efficiency and reduced fuel consumption. The Irizar New Century 390 Scania K420 model chassis, was chosen for the study due to its classic and aerodynamically unrefined design. A simplified geometry of the vehicle was used to facilitate 3D modelling and ensure stable simulations, while maintaining key features that affect airflow behaviour such as the wheels, mirrors, and rear slope. The methodology involved creating a 3D model in SolidWorks, generating the mesh in ANSYS Meshing, and running steady-state simulations in ANSYS Fluent. The simulations were conducted to replicate realistic driving conditions at 90 km/h, and an inflation layer was applied to accurately capture the boundary layer behaviour. A comparison was made between the results obtained with the original and the modified diffuser, focusing on the drag coefficient (Cd) and the drag force. The results show a reduction in Cd due to the proposed geometry change of the diffuser, especially in configurations with moderate angles and smooth airflow exit. Additionally, turbulence at the rear of the vehicle is reduced, leading to a more stable and efficient flow. This study highlights the potential of aerodynamic diffuser optimization as an improvement tool for commercial vehicles, especially in the current context of transition towards more sustainable mobility. Despite the limitations of using a simplified model and the absence of experimental validation, the results are promising and provide a solid foundation for future developments.