Analisi al CFD dell'assetto picchiato - Rake - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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Analisi al CFD dell'assetto picchiato - Rake

Il termine “Rake” negli ultimi anni è stato usato per definire la posizione del corpo vettura rispetto al suolo di alcune vetture di F1, specificatamente RedBull e Mercedes.
Ma come funziona realmente questa particolare configurazione di queste due vetture?
Innanzitutto va detto che per definizione, ogni vettura di Formula 1, e in generale ogni vettura da competizione che voglia sfruttare al meglio l'aerodinamica, ha bisogno di avere una certa angolazione rispetto al suolo, questo per aumentare l'incidenza di tutte le superfici alari e per riuscire ad ottenere un effetto maggiore di accelerazione del flusso nella parte inferiore dell'auto.
Bisogna inoltre premettere qualche considerazione su come funziona un fondo di una vettura di Formula 1.
Come prima cosa c'è da abolire il concetto di “effetto venturi”, almeno così come è stato definito da Venturi, che viene sempre richiamato per spiegare il funzionamento del fondo di una monoposto. Nel senso che il concetto a grandi linee rimane valido, ma non è sempre da prendere “alla lettera” per spiegare tutti i fenomeni che avvengono sul fondo, come spesso viene fatto.
Guardando lateralmente una vettura di F1, e immaginando il suo movimento
si vede intanto che una parete del “famoso condotto venturi” (il fondo della vettura) è mobile mentre l'altra (il suolo) è fissa rispetto all'aria e già questa cosa comporta un diverso comportamento del flusso che lambisce queste due superfici.
La seconda differenza importante, che apparentemente è una contraddizione, è che moltissima deportanza del fondo viene generata dal diffusore, cioè la zona triangolare evidenziata nel disegno posta nella parte finale della vettura. Secondo il principio di “Venturi” infatti, se il condotto si allarga, come succede nel diffusore, il flusso dovrebbe rallentare e perciò aumentare la sua pressione, invece all'interno del diffusore accade esattamente il contrario, cioè vi è un forte aumento di velocità  che causa una forte riduzione di pressione e la conseguente spinta verso il basso.
La spiegazione di questo fatto risiede nel fatto che il flusso d'aria quando lambisce un corpo, tende a seguirne il suo andamento e la sua forma se ci riesce, cioè se non si “separa” come usano dire gli aerodinamici. Per seguire la forma del corpo, se questo presenta delle superfici curve, il flusso accelera o frena a seconda se la forma del corpo è concava o convessa ma dipende anche dalla velocità che il corpo possiede rispetto al fluido in generale valgono le seguenti considerazioni: 

·         corpo concavo => velocità del corpo minore della velocità del suono => il flusso rallenta.

            Esempio:parabrezza anteriore di un auto stradale, all'altezza dei tergicristalli

·         corpo convesso => velocità del corpo minore della velocità del suono => il flusso accelera.

            Esempio:parabrezza posteriore di un auto stradale, all'altezza del montante posteriore

All'imbocco del diffusore di una formula 1 la situazione è quella di una superficie convessa con flusso subsonico, per cui il flusso aumenta la sua velocità a causa della curvatura favorevole della superficie.
In generale poi più la curvatura della superficie è elevata (quindi raggio di curvatura piccolo) maggiore e più violento sarà l'incremento di velocità, cosa apparentemente positiva ma fino ad un certo punto, poiché minore è raggio di curvatura, maggiore è il rischio del fenomeno del “distacco della vena fluida” o separazione del flusso dalla superficie del corpo, che porta la formazione di vortici nocivi e la perdita quasi totale delle forze aerodinamiche agenti fino a quel momento sul corpo.
Il fondo di una vettura do formula 1 perciò funziona in questo modo:
il flusso d'aria viene accelerato nella parte inferiore all'imbocco della pancia, a causa della forma curva di questa e viene mantenuto ad alta velocità, il più possibile costante, lungo tutto il fondo della vettura.
In seguito il flusso d'aria incontra il diffusore, in particolare la forte curvatura di quest'ultimo nella parte iniziale provoca un forte incremento di velocità e cioè una forte riduzione di pressione.
La forma successiva del diffusore è quella adatta a mantenere il flusso attaccato il più possibile alla superficie del diffusore stesso fino alla fine della sua lunghezza, dove si trova una zona ulteriormente incurvata verso l'alto e dove si trova (superiormente) anche un nolder, sostituito negli ultimi anni da un vero e proprio mini profilo alare, che presenta una piccola soffiatura col fondo stesso capace sia di aumentare ulteriormente la velocità del flusso, sia di aiutare il flusso a mantenersi ben aderente alla superficie.
Il “rake” viene quindi utilizzato per consentire una forma più estrema dell'ingresso del fondo: in particolare quello che succede è che l'inclinazione del fondo rispetto al suolo provoca una maggiore curvatura delle traiettorie che percorrono le particelle d'aria e quindi una maggiore velocità delle stesse.
L'incremento di velocità (decisivo) si ha quindi all'ingresso della pancia e all'ingresso dello splitter (o T-tray) punto in cui vi è quindi il maggiore incremento di velocità. Questo incremento di velocità si ripercuote poi, come detto, sull'intero fondo della vettura provocando una maggiore deportanza.
Durante il percorso che il flusso percorre lungo la pancia (a causa dell'assenza di una forza “propulsiva” come una zona di forte pressione a monte) inevitabilmente il flusso perde velocità a causa delle forze di attrito che intercorrono tra la superficie e il fluido stesso, questo rallentamento del flusso è tanto maggiore e violento tanto più il fondo è inclinato rispetto al suolo.
La conseguenza è che tanto più il fondo è inclinato tanto più il flusso d'aria risulterà rallentato all'ingresso del diffusore e quindi quest'ultimo tanto meno efficiente sarà.
Il problema negli anni scorsi veniva risolto grazie agli scarichi che soffiavano nelle zone vicino alle ruote posteriori con lo scopo di isolare il diffusore dalle zone critiche delle ruote posteriori, e andavano in più a “rinfoltire” il flusso d'aria diretto al diffusore stesso.
Ho provato a fare qualche prova CFD, provando una inclinazione della vettura a partire da un angolo di 0°, 0.3°, 0.6°, 0.9°, 1.2°, 1.5°,  2°. L'asse di rotazione si trova appena davanti al bordo anteriore dello splitter anteriore.
La geometria usata per la prova è stata sempre la medesima, molto semplice, così come la “Mesh” per la simulazione si è cercato di farla con le stesse dimensioni e comunque abbastanza rada.
La geometria della vettura prevede una prova con monoposto “tipo 2013” con appendici aerodinamiche molto semplici, e una forma non ricercata ne studiata in maniera particolare, questo semplicemente per valutare solo l'effetto di una vettura più o meno inclinata.
Ovviamente la vettura NON è stata studiata apposta per essere inclinata in maniera differente oppure per usare posizioni del corpo vettura particolarmente esasperati, questo per avere meno variabili possibili in gioco durante le simulazioni.
La logica seguita è stata quella, durante queste prove comparative, di modificare meno parametri tra una simulazione e l'altra per poter avere la massima uniformità di risultati.
Si ribadisce ancora una volta quanto detto riguardo alle altre simulazioni proposte in precedenza...questa piccola indagine non ha nessuna pretesa di “verità assoluta” ma solo di curiosità per vedere cosa succede facendo una certa cosa, a livello puramente qualitativo, per trarne solo qualche riflessione.
In tutte le simulazioni l'incremento di deportanza tra una configurazione e l'altra si aveva poiché la parte centrale (imbocco delle pance e splitter anteriore) producevano una maggiore curvatura delle traiettorie delle particelle, da qui una maggiore velocità e una riduzione di pressione.
Innanzitutto dal seguente grafico (in ordinata la deportanza e la resistenza in Newton della vettura, mentre in ascissa c'è l'angolo di inclinazione del corpo vettura rispetto al suolo) risulta un andamento della deportanza abbastanza inusuale: prima vi è un forte calo di deportanza dall'angolo nullo, fino al minimo di deportanza che si ottiene per l'angolo 0.6°
La deportanza, come si vede, torna a crescere piano piano fino ad un angolo di 1.6° per poi risalire molto più sensibilmente per un angolo di circa 2°.
La resistenza (si vede dal grafico in basso) ha un andamento a crescere dall'angolo nullo fino agli angoli maggiori.

L'efficienza aerodinamica (rapporto tra carico aerodinamico e resistenza aerodinamica) è illustrato nella seguente figura:
come si vede, ha un andamento praticamente identico a quello della deportanza.
Ecco illustrati questi grafici, possiamo fare qualche considerazione interessante. Innanzi tutto perchè scegliere un assetto molto inclinato?
La risposta potrebbe essere meno scontata del previsto, infatti si potrebbe pensare di inclinare molto la vettura per avere più deportanza a bassa velocità; c'è poi da considerare che all'aumentare della velocità aumenta anche il carico aerodinamico e la vettura tende ad abbassarsi sia anteriormente sia posteriormente; le sospensioni posteriori però tradizionalmente sono più morbide rispetto a quelle anteriori per cui di fatto si ha, ad alta velocità, un abbassamento del posteriore maggiore che all'anteriore, cioè in definitiva una riduzione dell'angolo che la vettura forma col suolo. Si torna quindi nella zona di grafico in cui la resistenza aerodinamica è più bassa, e anche il carico aerodinamico cala. L'effetto del carico che cala va considerato nell'ottica anche che il carico verticale genera una resistenza meccanica aggiuntiva dovuta all'attrito meccanico degli pneumatici.
Questa riduzione di resistenza complessiva non è enorme, appare abbastanza modesta, come si vede dai grafici, ma è comunque apprezzabile, soprattutto se l'angolo varia parecchio e si porta fino a valori tra 0.3° e 0.7°, per cui si ha la maggiore efficienza aerodinamica e la minima resistenza.
E' chiaro comunque, che il grafico ricavato sopra, come già messo in luce, non è stato ottenuto con una vettura disegnata e ottimizzata per viaggiare con un assetto molto inclinato, per cui quei grafici possono essere diversi nella realtà, al punto da essere molto più estremi e tali da giustificare in maniera netta l'uso di questa particolare scelta di assetto del corpo vettura.
Il motivo per cui invece sarebbe utile viaggiare a bassa inclinazione, cioè con tutto il corpo più vicino al suole, è proprio il fatto che viaggiando bassi le traiettorie delle particelle di aria sono “costrette” in spazi più ridotti e quindi sono costrette ad aumentare la loro velocità.
Lo svantaggio però è che si è costretti a viaggiare con assetti meccanici più rigidi, con una maggiore difficoltà in trazione, a causa della necessità di mantenere una inclinazione più costante del corpo vettura per via della sua vicinanza al suolo.
Nelle seguenti immagini si vede l'andamento delle pressioni sul fondo della vettura per le diverse inclinazioni; le zone tendenti al blu-verde sono quella a più bassa pressione, quelle all'arancio-rosso quelle a più alta pressione:


0.3°
0.6°
0.9°
1.2°
1.5°
2.0°

Quello che si nota da questi disegni, come detto in precedenza, è che la porzione di fondo a bassa pressione all'imbocco della pancia e dello splitter anteriore, aumenta di dimensione all'aumentare dell'angolo che la vettura forma col suolo, mentre parallelamente, la zona del diffusore perde efficienza.
In pratica vi è un un trasferimento di carico dalla zona del diffusore a quella centrale della vettura.
Il “trade off” consiste quindi nel trovare l'ottimale angolo rispetto al suolo (considerando anche gli effetti dinamici di beccheggio durante la marcia) che consenta di non perdere troppo carico al retrotreno e di aumentare il carico all'avantreno.
Il tutto all'epoca degli scarichi soffiati andava ad aggiungersi all'effetto di forte depressione creata dagli scarichi che soffiavano nelle zone adiacenti al diffusore, facendo recuperare al diffusore parte di quel carico che si perdeva innalzandolo.


Federico Basile.




Cristiano Sponton

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23 commenti

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Anonimo
AUTHOR
4 agosto 2014 12:15 delete

quel benedetto fondo lo valorizzerei nelle sue funzioni.
Per esempio lo utilizzerei per evacuare calore: vi convoglierei tantissimo calore che sarebbe evacuato per convezione più efficientemente dalla velocità accentuata del fluido che vi scorre sotto (il rake !) quindi il fluido scaldato srebbe più veloce e ridurrebbe la pressione con un carico maggiorato senza incrementare il drag.
Se il meccanismo di scambio fosse abbastanza efficiente potrei persino ridurre l'ingombro dei radiatori.
Unico problema: il materiale del fondo è vincolato?
può essere che nessuno abbia adottato questa idea?

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4 agosto 2014 12:55 delete

Il flusso d'aria che scorre sotto è troppo veloce per raffreddare un radiatori posto sul fondo...i condotti dei radiatori sono fatti proprio per rallentare
il flusso d'aria al massimo. Il calore scambiato nei radiatori è tanto maggiore quanto più è lenta l'aria che li attraversa, proprio perchè c'è più tempo per scambiare il calore.
Il materiale del fondo in ogni caso è libero. A questo proposito sarebbe ben più interessante un materiale traspirante che riuscisse a risucchiare lo strato limite del fondo, avendo perciò notevoli vantaggi.
In ogni caso un flusso d'aria più caldo credo che renderebbe il flusso più soggetto a separazioni...
cioè esattamente l'opposto di ciò che si tenta di fare nel diffusore.

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4 agosto 2014 13:04 delete

se non erro, Lotus nel 2010 aveva provato a far soffiare i gas caldi proprio tra fondo e asfalto... i risultati non sono stati poi entusiasmanti.

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Anonimo
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4 agosto 2014 15:29 delete

Piu' che altro mi pare che il sistema sia stato vietato.La Lotus aveva dei problemi legati alle variazioni di assetto e,ovviamente,all'instabilita' del sistema dovuta all'incostanza dei gas emessi dagli scarichi,pero' se non ricordo male poi qualcuno si é preso la briga di mettere le mani avanti per impedire future sperimentazioni nel campo.
Del resto,se pensiamo allo sfruttamento dei risonatori di Helmholtz dopo che era stata vietata dalla FIA la possibilita' di ottenere combustioni improprie in camera (ed oltre...) é chiaro che un grande condotto simile avrebbe potuto stabilizzare i transienti di accelerazione anche per un sistema in stile Lotus.

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Anonimo
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4 agosto 2014 17:11 delete

dipende dall'intervallo di velocità, non dimenticare che il coefficiente di scambio per convezione (forzata) dipende dal numero di Prandtl e quello di Reynolds con legge esponenziale quindi essendo l’ultimo dipendente dalla velocità dovrebbe aumentare con questa tuttavia credo che nella realtà queste proporzionalità valgano in alcuni intervalli delle grandezze in gioco quindi la cosa diventa sperimentale ed occorre che mi legga qualche pubblicazione in proposito, anch'io ho la sensazione per similitudina ad altri fenomeni, che un limite superiore alle velocità del fluido "pozzo" debba esserci...
In realtà, pensandoci, credo che la strategia non sia efficace anche perché quel calore a sua volta andrebbe ceduto al fondo e, visto che i meccanismi sono sempre gli stessi (a meno di non riscaldarlo con una resistenza!), di questi il più efficace resta quello di convezione che però avverrebbe praticamente al “chiuso” con velocità basse e quindi meno efficacemente pertanto rappresenterebbe il collo di bottiglia del sistema di evacuazione di questo calore.
Credo che il limite sia questo e una certa disuniformità tuttavia quelli in F1 sono ingegneri più esperti di me quindi non è fattibile.
P.S.: nei radiatori normali la velocità decrementa perché si creano punti di stagnazione evidentissimi a causa dell’esigenza di massimizzare la superficie di scambio (da un’analisi di sensibilità sulle relazioni fisico-matematiche che governano il fenomeno evidentemente si evince la convenienza a massimizzare questo aspetto).

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Anonimo
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4 agosto 2014 17:13 delete

visto che sono un folle:
e visto che lo scambio dipende dalla densità del fluido, perchè non cambiare quella?
Chi ce lo impedisce?
e non dirmi che non si può!
una volta lo facevano e persino per il carburante!

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Anonimo
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4 agosto 2014 23:49 delete

Anche in McLaren nell’inverno 2011 (idea di Paddy Lowe) hanno provato a far soffiare gli scarichi tra il fondo e l’asfalto, ma senza troppo successo……….era una soluzione poco affidabile, creava una certa instabilità al retrotreno per via della forma degli stessi e quindi non era possibile indirizzare i flussi (che si “spostavano” continuamente sul fondo….)
Per curiosità leggere questo articolo di Craig: http://scarbsf1.com/blog1/2012/05/30/mclaren-mp4-26-2011-fan-tail-octopus-exhaust/
Gabriele Peccetti

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4 agosto 2014 23:56 delete

Soluzione che hanno poi cambiato in fretta e furia con una stile red bull con risultati sorprendenti per competitività... Talmente improvvisata che a Melbourne si presentarono con parti del diffusore in titanio...

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Anonimo
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5 agosto 2014 15:09 delete

Attenzione, avviene esattamente l'opposto. Un flusso rallenta e aumenta di pressione quando incontra una geometria concava (cioè che simula una geometria convergente) se SUPERSONICO. E ciò avviene attraverso un urto obliquo oppure attraverso un urto staccato o al limite con un'onda di Mach di compressione. Al contrario un flusso accelera e diminuisce di pressione quando incontra una geometria convessa (cioè che simula una geometria divergente) se SUPERSONICO. In questo caso ciò avviene per via delle cosiddette espansioni alla Prandlt-Meyer. Poiché nel caso di una vettura di F1, il flusso sotto il fondo non raggiunge velocità supersoniche, non si può realizzare quanto detto sopra. Piuttosto, essendo il flusso subsonico, l'estrattore si comporterà come un divergente in condizioni subsoniche ovvero come un diffusore (in cui si ha un aumento di pressione e riduzione della velocità del flusso). D'altra parte uno degli aspetti critici di un oggetto di questo tipo è la separazione dello strato limite. Quest'ultima si verifica di fatto solo quando il flusso incontra un gradiente avverso di pressione, ovvero quando si ha un recupero di pressione lungo il condotto (e di conseguenza si ha un rallentamento del flusso).

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5 agosto 2014 22:44 delete

Leggi bene quanto detto sopra da me.
Ho scritto che un flusso subsonico rallenta in caso di corpo concavo, l'esempio è il parabrezza dell'auto sul quale la pressione è elevata e come noto non separa mai
(succede la stessa cosa in supersonico, con la compressione per onde d'urto)
mentre aumenta velocità (esattamente come in supersonico, come ricordi tu tramite l'espansione di Prandtl-Meyer) quando incontra un corpo convesso, l'esempio è il montante posteriore dell'auto.
Il diffusore di una F1 NON funziona come un condotto venturi, che come noto in flusso subsonico funziona esattamente al contrario del supersonico.
Nella prima fase della salita del diffusore (nella zona di raccordo tra il fondo piatto e la rampa del diffusore) di una F1 la pressione cala
(basta guardare le simulazioni mostrate, se non mi credi fatti una simulazione tu oppure leggi la letteratura dove questa cosa viene spiegata)
nella fase appena successiva l'aria ricomincia a frenare (perchè sente una curvatura del fondo ridotta) e perciò si sente il gradiente avverso di
pressione che tende a far separare prima il flusso.
In ogni caso...se in tutto il diffusore il flusso rallentasse solo, a cosa servirebbe?? Sarebbe solo un modo per "tappare il fondo"
e far separare il flusso??

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5 agosto 2014 23:05 delete

Guarda quà:

http://www.google.it/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fimg72.imageshack.us%2Fimg72%2F1222%2Fpict0286a.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.f1technical.net%2Fforum%2Fviewtopic.php%3Ff%3D6%26t%3D10943%26start%3D30&h=600&w=800&tbnid=3vlnpS2NpZ8wTM%3A&zoom=1&docid=DjP5XKyZF-JNFM&ei=p0ThU-CLFcSgyAOKt4KIBw&tbm=isch&ved=0CFIQMygrMCs&iact=rc&uact=3&dur=2087&page=4&start=35&ndsp=12

Vedi che all'imbocco del diffusore si ha una forte caduta di pressione causato dalla curvatura divergente del diffusore?

http://www.google.it/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fimg191.imageshack.us%2Fimg191%2F6994%2Fpict0285e.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.f1technical.net%2Fforum%2Fviewtopic.php%3Ff%3D6%26t%3D10943%26start%3D30&h=600&w=800&tbnid=wSXE-qL7TYHrpM%3A&zoom=1&docid=DjP5XKyZF-JNFM&ei=p0ThU-CLFcSgyAOKt4KIBw&tbm=isch&ved=0CEAQMygZMBk&iact=rc&uact=3&dur=529&page=3&start=23&ndsp=12

Prova a digitare su google pressure above diffuser F1 e vedrai quante immagini che trovi che confermano questa cosa...

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6 agosto 2014 14:20 delete

complimenti per l'articolo. molto dettagliato ed esaustivo. bravissimo!

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6 agosto 2014 14:39 delete

Federico scusami un attimo, rileggendo il post mi è venuto lo stesso dubbio di "anonimo" .
il diffusore è un condotto dove la velocità del fluido diminuisce in compenso si ha un aumento della pressione, in flusso subsonico questo avviene quando il condotto è divergente.
non capisco allora perchè dici che la pressione diminuisce ed aumenta la velocità. non dovrebbe essere il contrario? a meno che sbagliamo a chiamarlo diffusore ed invece lavora come un effusore. scusami tanto ma mi piacerebbe capire meglio. magari dico stupidagini io.
grazie tante
giancarlo

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Anonimo
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6 agosto 2014 16:48 delete

A mio avviso il picco di depressione che si raggiunge in corrispondenza del raccordo fondo-diffusore è sempre interpretabile come ciò che accade in un condotto venturi. Sebbene il flusso sia esterno e non interno, si viene comunque a creare una configurazione convergente-divergente per via dell'ispessimento dello strato limite lungo il fondo stesso. La sezione di gola di questo convegente (fondo + strato limite)-divergente(estrattore) è proprio il raccordo dove è noto aversi il picco di depressione. Dalle tue stese simulazioni si vede come all'aumentare dell'assetto Rake diminuisca il picco di depressione in quanto il fondo tende a divergere rispetto al manto stradale contrastando l'effetto di inspessimento dello strato limite (qualche mm). Inoltre il diffusore serve a recuperare pressione (come si vede dall'andamento del coefficiente di pressione lungo la mezzeria del fondo vettura) a valle della vettura una volta che si è ottento il picco di depressione in corrispondenza del raccordo grazie al quale si aumenta la downforce. È importante il recupero di pressione per ridurre la resistenza di forma, che senza diffusore sarebbe più alta. Infine il fatto che il flusso rallenti nel diffusore non implica un effetto "tappo" perché la portata smaltita rimane la stessa (stiamo parlando di basso subsonico).

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6 agosto 2014 19:41 delete

Allora facciamo un po' di chiarezza:
Il condotto Venturi è composto da 3 parti principali: l'imbocco, la sezione di gola e il diffusore.
Le pareti laterali sono tutte CHIUSE; il flusso, per come sono poste le formulazioni che tutti più o meno conoscono, è un flusso irrotazionale, dove cioè il rotore del campo di velocità è un vettore nullo, in parole povere non esiste lo strato limite, per cui un caso praticamente surreale.
Il flusso d'aria che entra nell'imbocco, è costretto a passare in una sezione di gola e come tutti sanno la sua velocità aumenta e la pressione diminuisce.
Il motivo di questo comportamento è da ricercarsi nell'equazione di continuità dei fluidi, che come tutti immaginano, è un'equazione (tutt'altro che banale nella realtà, in quanto equazione differenziale alle derivate parziali) che stabilisce in sostanza che la portata (massica o volumentrica) che attraversa ogni sezione rimane costante; solo che il fluido non ha studiato Analisi Matematica e non risolve le equazioni dei fluidi, bensì lui fa si che le traiettorie delle particelle di aria si incurvino e questa particolare condizione fa si che si abbia un aumento della velocità delle particelle stesse.
Torniamo al nostro fondo scalinato...
Il fondo di una vettura di F1 NON è un condotto venturi, in quanto è aperto da due lati, e una parete è ferma rispetto al fluido stesso, cioè in sostanza 3 delle 4 pareti solide NON sono quelle del condotto di Venturi, questo già basta per dire che NON è un condotto venturi; il fluido scorre in maniera differente praticamente su tutte le pareti con cui è a contatto.

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6 agosto 2014 19:42 delete

Detto e ribadito bene questa cosa, capire come funziona un fondo diventa decisamente più semplice e senza contraddizioni.
Il principio da seguire è molto semplice: ogni volta che le particelle d'aria sono costrette a percorrere traiettorie NON rettilinee, cambiano la loro velocità locale, e di conseguenza la pressione che trasmettono allo strato limite e che quindi va a lambire le superfici.
In un fondo di una vettura di F1, si raggiunge il picco di depressione in due punti: all'imbocco delle pance e nella zona di raccordo tra fondo piatto e diffusore (termine che viene usato per identificare un pezzo in F1). Questo picco di depressione è unicamente causato dalla curvatura delle traiettorie che le particelle d'aria sono costrette a percorrere. Quanto più il raggio di curvatura delle particelle è basso tanto maggiore e violento è l'incremento di velocità.
Ricordo a tal proposito il raccordo delle vetture vincenti Ferrari anni 2002-2003-2004, che se vi ricordate, era composto da una zona a sezione circolare (un quarto di cerchio) che aveva lo scopo di ridurre ancora di più il raggio di curvatura delle particelle e far aumentare la zona di depressione che si veniva a creare in quel punto. Il difficile poi era riuscire a tenere lo strato limite attaccato al resto del fondo...e li solo Tombaziz saprebbe rispondervi, ma probabilmente veniva creato qualche vortice concentrato capace di farlo rimanere attaccato fino alla fine.
Il discorso dell'ispessimento dello strato limite non è valido; proviamo a fare due conti grossolani per capire come potrebbe essere la situazione.

Consideriamo uno strato limite completamente turbolento (il caso peggiore) all'ingresso della pancia, un' inclinazione di 2 gradi del corpo vettura, la velocità del flusso di 100 m/s, una lunghezza del fondo di 3 m, la finestra di passaggio all'ingresso della pancia vale circa 8 cm, mentre alla fine del fondo sarebbe circa 16cm. Con strato limite turbolento, l'altezza di questo alla fine del fondo sarebbe di circa 3.3 cm, e ridurrebbe quindi la sezione di passaggio a 13 cm circa invece di 16.
Ma 13 cm sono comunque superiori agli 8 cm dell'inizio pancia, per cui il flusso avrebbe dovuto rallentare tra l'ingresso del fondo e la fine del fondo, ma come si vede dalle simulazioni questa cosa NON avviene (escludete la zona appena di imbocco della pancia perchè quella velocità elevata si verifica per la curvatura dell'ingresso della pancia) e il flusso all'imbocco del diffusore si ha comunque una velocità superiore al flusso asintotico.
Se invece analizziamo cosa succede a vettura piatta, la sezione dovrebbe calare da 6 cm all'inizio fondo fino a 3, e quindi la velocità dovrebbe raddoppiare e crescere quasi linearmente lungo tutta la pancia cosa che NON avviene evidentemente dalle simulazioni mostrate sopra.
Inoltre il flusso comunque sia, aumenta velocità sia ad inizio fiancata sia alla fine cioè esattamente nei punti in cui il flusso si incurva maggiormente.

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6 agosto 2014 21:49 delete

ah come ultima cosa...il condotto di Venturi e anche il bilancio di massa che si usa per descriverne il funzionamento, presuppongono che non ci sia
scambio di materia (o fluido) tra interno ed esterno del condotto, cosa che è assolutamente falsa per un fondo di una F1, dove ci sono le pareti la
teriali completamente aperte....per cui il principio è quasi interamente inutilizzabile.

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Anonimo
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8 agosto 2014 19:37 delete

Bell'articolo, complimenti.
Il principio di funzionamento del diffusore si chiama anche effetto Coanda.

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kroky78
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9 agosto 2014 23:11 delete

Veramente illuminante, anche se cancella quelle poche pseudo-certezze che credevo di avere... Ad esempio io credevo che il diffusore servisse specificamente per rallentare progressivamente il flusso (accelerato in corrispondenza dello splitter) per riportare i valori di pressione a livelli paragonabili a quelli presenti sul lato superiore del fondo-diffusore, per evitare l' incontro di due flussi aventi velocità e pressioni molto dissimili... Un altro fatto singolare è che molti dicevano -e io pensavo- che l' utilizzo di rake molto accentuati era possibile solo grazie al soffiaggio degli scarichi, che "sigillavano" il fondo-diffusore impedendo ai flussi laterali di penetrare sotto il fondo riducendone l' efficacia. Invece anche quest' anno si vedono angoli di rake comunque importanti, Red Bull su tutte.

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Anonimo
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14 agosto 2014 10:50 delete

Scusa ma se la densita' /pressione del fluido sotto il diffusore fosse simile o uguale a quella del flusso sopra allo stesso,mi spieghi come si farebbe a generare il carico?Inoltre:se il diffusore "rallentasse progressivamente il flusso" come farebbe a gestire una portata di flusso superiore alle sue possibilita' di smaltimento?O si genererebbe portanza,oppure il flusso sarebbe obbligato a sfociare verso la zona dei pneumatici posteriori,andando a defluire sul lato esterno degli stessi.
Appena pochi mm dopo il raccordo fra fondo e diffusore stesso avremmo una portata da smaltire in una sezione di condotto minore,con velocita' minore e pressione maggiore.Il fluido finirebbe da ogni parte,eccetto o quasi dove il progetto avrebbe previsto che andasse.

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Anonimo
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14 agosto 2014 10:54 delete

Federico,magari ho capito male io,ma trovo improprio definire il parabrezza una forma concava.Forse ti riferisci al complesso delle forme "cofano+parabrezza" perche' altrimenti il parabrezza essendo simil-simmetrico al lunotto e viste le sue caratteristiche geometriche si puo' definire tranquillamente convesso su uno qualsiasi dei tre piani principali.

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15 agosto 2014 22:40 delete

Si forse davo per scontato un pò di cose... allora guarda una sezione di una berlina diciamo...anni 80...all'altezza di dove si trovano i tergicristalli anteriori a riposo, c'è una zona concava, cioè se prolunghi il cofano anteriore oltre il vetro anteriore esso penetra nell'abitacolo...quindi ho inteso concavo in questo senso. Si in ogni caso è "la curva" tra cofano anteriore e vetro.

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kroky78
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16 agosto 2014 19:01 delete

Pensavo che la deportanza venisse generata dal fondo vettura e non dall' insieme fondo/diffusore. Pensavo che l' aria entrasse dal bordo dello splitter e delle pance venendo accelerata come spiegato nel post, quindi proseguisse verso il diffusore con velocità maggiore e pressione minore rispetto a quella che lambisce la parte superiore del corpo vettura, quindi in corrispondenza dello scivolo, dato che il volume di passaggio a disposizione aumenta, per la legge Venturi credevo che la velocità diminuisse A PARITA di volume smaltito, per riequilibrare il tutto in uscita dallo scivolo. Invece, se ho ben capito, la legge Venturi c' entra poco per non dire niente e c' entra molto l' effetto Coanda...

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