Disseny i optimització del sistema d'admissió d'un monoplaça de Formula Student mitjançant simulacions CFD

Abstract

Títol alternatiu emprat a la intranet docent de l'EPSEVG: "Redisseny i optimització del sistema d'admissió del motor del Formula Student de la EPSEVG"

Al centre universitari EPSEVG hi ha un equip de Formula Student que s’encarrega del disseny, fabricació i muntatge d’un monoplaça, per a competir contra altres universitats de tot el món. Aquesta competició es divideix en diverses proves tant estàtiques com dinàmiques, i el cotxe que més punts obté és el guanyador. Amb la intenció de participar en la millora del monoplaça i ajudar a l’equip, s’ha desenvolupat un nou disseny del sistema d’admissió que millora el flux d’aire, redueix les pèrdues de pressió i afavoreix una combustió més eficient. Aquest nou disseny està restringit per la normativa de la competició i els requisits de l’equip de Formula Student. S’han analitzat els punts negatius i positius de l’admissió actual i s’han definit diferents noves geometries per identificar la més òptima, a partir de simulacions CFD ( Dinàmica de fluids computacionals ). El resultat és un sistema d’admissió adaptat al comportament del flux d’aire, que comporta una millora considerable en l’eficiència volumètrica del motor i rendiment general del monoplaça. Aquest treball posa de manifest la importància d’un bon disseny en els components de l’admissió que afecten directament el comportament del flux i a l’aplicació del disseny industrial en àmbits competitius com és la Formula Student.

En el centro universitario EPSEVG hay un equipo de Formula Student encargado del diseño, fabricación y montaje de un monoplaza para competir contra otras universidades de todo el mundo. Esta competición se divide en diversas pruebas, tanto estáticas como dinámicas, y el coche que obtiene más puntos es el ganador. Con la intención de contribuir a la mejora del monoplaza y ayudar al equipo, se ha desarrollado un nuevo diseño del sistema de admisión que mejora el flujo de aire, reduce las pérdidas de presión y favorece una combustión más eficiente. Este nuevo diseño está limitado por la normativa de la competición y los requisitos del equipo de Formula Student. Se han analizado los puntos negativos y positivos del sistema de admisión actual y se han definido distintas nuevas geometrías para identificar la más óptima, a partir de simulaciones CFD (Dinámica de Fluidos Computacional). El resultado es un sistema de admisión adaptado al comportamiento del flujo de aire, lo que supone una mejora considerable en la eficiencia volumétrica del motor y en el rendimiento general del monoplaza. Este trabajo pone de manifiesto la importancia de un buen diseño en los componentes del sistema de admisión, que afectan directamente al comportamiento del flujo, así como la aplicación del diseño industrial en ámbitos competitivos como la Formula Student.

At the EPSEVG university centre, there is a Formula Student team responsible for the design, manucafture and assembling a car used to compete against other university teams worldwide. This competition is divided into different challenges, facing several static and dynamics tests to get de most possible points, the team with the biggest number of points in all different tests wins. With the objective to contribute on the car improvement and help the team to develop better capacities of the engine, a new intake system design has been developed. The new design is restricted by the competition’s regulations and the Formula Student team’s requirements to ensure the compatibility with the engine and the competition. The current intake system has been analysed to detect the negative and positive points, and three now geometries have been defined to find which one gives the best results using CFD simulations. The result is an intake system adapted to a specific range of RPM, leading to a considerable improvement on the flow distribution and the engine’s volumetric efficiency. This project highlights the importance of the design and shape of the intake system to improve the air flow, which directly affects the engine performance.