La Aerodinámica es una materia fascinante y excitante y parte esencial de la Mecánica de Fluidos que estudia las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando existe un movimiento relativo entre dichos cuerpos y el fluido (aire) que los rodea.



La presente asignatura trata las principales aplicaciones de las ecuaciones fundamentales que rigen la Mecánica de Fluidos de fluidos newtonianos (Continuidad, ecuaciones de momento de Navier-Stokes y ecuaciones de energía) a cuestiones clave de la aerodinámica específicas en aplicaciones de la Ingeniería de Automoción, tales como la caracterización de la capa límite o la generación de fuerzas de arrastre y sustentación (downforce).



Se mostrará cómo estas ecuaciones pueden ser adaptadas y simplificadas para describir flujos laminares, turbulentos, y flujos compresibles. Se presentarán soluciones apropiadas y técnicas para cada tipo de flujo. A lo largo del curso se presentaran los métodos de simulación de diferentes tipos de flujo para llevar a cabo simulaciones computacionales (CFD) fiables en aplicaciones de automoción, incluyendo dispositivos de control de flujo de activos y pasivos, diseñados para mejorar el rendimiento de los automóviles.

Para esta asignatura se requieren conocimientos previos de Mecánica de Fluidos, y de conceptos básicos de Termodinámica y Mecánica. Es recomendable además que el alumno tenga conocimientos básicos de programación en un lenguaje de alto nivel y comprensión lectora en inglés, dado que la bibliografía empleada procede mayoritariamente de fuentes en dicho idioma.



El objetivo principal de esta asignatura es que los estudiantes adquieran una comprensión adecuada de los conceptos fundamentales que rigen flujos aerodinámicos externos, y desarrollen su capacidad para el análisis y la resolución problemas relacionados en el ámbito de automoción.



Los objetivos específicos de la asignatura son los siguientes:



- Análisis y predicción del comportamiento aerodinámico de perfiles y de dispositivos de control de flujo empleando métodos clásicos para flujos incompresibles y compresibles.



- Introducción e implementación computacional de métodos numéricos (CFD) de análisis aerodinámico. Aplicación de las herramientas desarrolladas a la solución de problemas típicos de perfiles y de dispositivos de control de flujo.



- Desarrollo de sentido crítico para evaluar el alcance y conveniencia de las diferentes metodologías disponibles para la solución de problemas aerodinámicos específicos.





El curso tiene como objetivo proporcionar a los estudiantes los siguientes beneficios:



(1) Entender el concepto de la fluido dinámica y el concepto de modelización de fluidos

(2) La comprensión y la aplicación de las ecuaciones básicas de los fluidos

(3) La comprensión de la aerodinámica de vehículos terrestres y su influencia en el rendimiento de los mismos.

(4) Capacidad para simular el flujo sobre diferentes geometrías con flujos internos/externos, incluyendo tanto laminar y regímenes turbulentos orientados a aplicaciones de ingeniería marina

(5) Capacidad para cooperar con los miembros del equipo



El proceso de enseñanza-aprendizaje se basará en una combinación de clases magistrales y trabajos prácticos de aplicaciones reales tutorizados en todo momento para ayudar a desarrollar una comprensión de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD).



Se hará uso de modelos y diagramas típicos de la Mecánica de Fluidos. En todo momento los casos a analizar se enfocaran en problemas reales que propiciaran el análisis de flujo crítico en los sistemas y dispositivos investigados. La aplicación práctica de estos casos se utilizara para lograr simulaciones computacionales fiables, y cómo se relaciona con la industria de ingeniería de la automoción.





Resultados de aprendizaje



1. Conocer y comprender los conceptos de flujos aerodinámicos y turbulencia y los modelos matemáticos asociados



2. Ser capaz de aplicar los conceptos del método de los volúmenes finitos (FVM) al problema de la Mecánica de Fluidos



3. Ser capaz de resolver mediante programas informáticos de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) problemas en el campo de los flujos aerodinámicos



4. Aplicar los conceptos y las herramientas de ingeniería de la automoción en un entorno práctico (proyecto cooperativo, metodología ABP/PBL)



5. Ser capaz de usar herramientas on-line para obtener artículos científicos indexados y analizar y comprender dichos artículos científicos en el área de la Aerodinámica

Clases teóricas



1. Teoría de Capa Límite



a) Introducción a la capa límite

b) Capa límite laminar

c) Inestabilidad y transición al régimen turbulento

d) Capa límite turbulenta



2. Fuerzas de sustentación (lift) y arrastre (drag)



a) Explicación de expresiones mediante análisis dimensional

b) Teorema de Kutta-Joukowski

c) Ejercicios propuestos por el profesor



3. Dispositivos de control de flujo (VGs, Gurneys, spoilers etc…)



Se realizara una revisión extensa de los sistemas activos y pasivos de control de flujo que inicialmente fueron desarrollados la mayor parte de ellos para el campo aeronáutico pero que muchos de ellos hoy en día se utilizan para mejorar el comportamiento dinámico de vehículos terrestres.



4. Fundamentos Básicos de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)



a) Ecuaciones de Navier-Stokes

b) Método de Volúmenes Finitos (FVM)

c) Ecuaciones de Euler

d) Ecuaciones de Lagrange

e) Modelado de la Turbulencia





Prácticas de Ordenador (Simulación CFD)



a) Tubo reductor

b) Flujo entorno a un cilindro 2D (von Karman Vortex Street and Drag Diagram)

c) Aerodinámica de un airfoil 2D (Polar Curves CL, CD and CM)

d) Ventilador radial giratorio (MRF / BRM)

e) Geometrías Tunel viento

f) Ejercicio Libre



Resolución de problemas propuestos



Elaboración de trabajos en clase



Lecturas de material (Artículos JCR, Revistas, Libros de texto)



Proyecto cooperativo: cada grupo de alumnos elegirá un tema de forme libre (Ejercicio Libre), que posteriormente presentara y será evaluado.



Exámenes, Presentación de proyectos, pruebas de evaluación



Software necesario: StarCCM+/OpenFOAM y Matlab/Python

Hardware: una estación de trabajo por cada dos alumnos

Se van a utilizar las metodologías del Aprendizaje Cooperativo (AC) y del Aprendizaje Basado en Proyectos (ABP) como línea conductora del trabajo a realizar en la asignatura para desarrollar las competencias y objetivos de aprendizaje señalados, ya que es una metodología que permite implicar de una manera activa al alumno en su proceso de aprendizaje.



La docencia, tanto en las clases magistrales como en las Prácticas de Ordenador, se realizará de una manera colaborativa con los alumnos, de manera que éstos trabajaran en grupos de 2/3 alumnos formados por el profesor al principio de curso.

• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Prueba escrita a desarrollar (%): 25
  • Realización de prácticas (ejercicios, casos o problemas) (%): 25
  • Trabajos en equipo (resolución de problemas, diseño de proyectos) (%): 25
  • Exposición de trabajos, lecturas… (%): 25

Los/as alumnos/as que no sigan la asignatura según el sistema descrito anteriormente, previo aviso al profesorado de renuncia a la evaluación continua, se presentarán al examen final en la convocatoria Ordinaria, en la que se evaluarán todas las competencias y los resultados de aprendizaje señalados. La renuncia a la evaluación continua podrá realizarse durante el período de docencia de la asignatura. De todas maneras, se solicita al alumnado que no pueda seguir la asignatura de una manera presencial por encontrarse trabajando o por cumplir los requisitos de la normativa de gestión para las enseñanzas de primer y segundo ciclo, que se ponga en contacto con el profesorado para el planteamiento de un programa adaptado de desarrollo de las competencias y objetivos de aprendizaje de la asignatura.



El alumnado que no participe en los exámenes y/o en el Proyecto y/o en las Prácticas de Ordenador, recibirá la calificación de No Presentado en la convocatoria correspondiente.



En el caso de que no se pueda realizar una evaluación presencial de la asignatura, se realizarán los cambios pertinentes para la realización de una evaluación on line mediante la utilización de las herramientas informáticas existentes en la UPV/EHU. Las características de esta evaluación on line será publicadas en las guías de estudiante y en eGela

En la convocatoria Extraordinaria se evaluarán todas las competencias de la asignatura, conservándose todos los resultados positivos obtenidos por el alumnado en cuanto a tareas, Prácticas de Ordenador, Proyecto, etc, a lo largo del curso.

En esta convocatoria extraordinaria tendrá la posibilidad de evaluarse de todos los resultados de aprendizaje de la asignatura.



En el caso de que no se pueda realizar una evaluación presencial de la asignatura, se realizarán los cambios pertinentes para la realización de una evaluación on line mediante la utilización de las herramientas informáticas existentes en la UPV/EHU. Las características de esta evaluación on line será publicadas en las guías de estudiante y en eGela

Empleando la plataforma E-gela, se proporcionarán al alumno los siguientes materiales didácticos:

- Guía docente de la Asignatura
- Material auxiliar

Adicionalmente en las aulas, los alumnos dispondrán:

- Workstations para computación intensiva
- Programa de simulación CFD STARCCM+

Bibliografía básica

1. J. Katz. Race Car Aerodynamics. Robert Bentley Publishers. 1995.



2. J. Katz and A. Plotkin. Low-speed aerodynamics. 2nd Edition. Cambridge, Cambridge University Press, 2001. ISBN 0521665523.



3. W.H. Hucho. Aerodynamics of Road Vehicles. Butterworth-Heinemann Editions. 2000.



4. E. Houghton, P. Carpenter, S. Collicot and D. Valentine. Aerodynamics for Engineering students. Sixth Edition. Butterworth-Heinemann. Elsevier. 2013.



5. W.F. Milliken and D.L. Milliken. Race Car Vehicle Dynamics. Society of Automotive Engineers. 1995.



6. J. Katz. Automotive Aerodynamics. Automotive Series. Wiley. 2016.



7. J. Anderson, Jr. Fundamentals of Aerodynamics. 5th Edition in SI Units. McGraw Hill. 2011.

Bibliografía de profundización

8. D. McLean. Understanding Aerodynamics. Arguing from the Real Physics. Wiley. 2013.

9. N. Bizon, N. Mahdavi and F. Blaabjerg. Energy Harvesting and Energy Efficiency: Technology, Methods and Applications. Springer 2016.

10. J. Meseguer and A. Sanz. Aerodinámica Básica. ETSI Aeronaúticos Universidad Politécnica de Madrid. 2005.

11. A. M. Kuethe and C. Y. Chow. Foundations of aerodynamics: Bases of Aerodynamic Design. 5th Edition. New York. John Wiley and Sons, 1998. ISBN 0471129194.

12. K. Krishnamurty. Principles of Ideal-Fluid Aerodynamics. Huntington, New York. Robert E. Krieger Publishing, 1980. ISBN 9780898741131.

13. Abbott I. H. and A.E. von. Doenhoff. Theory of Wing Sections: Including a Summary of Airfoil data. New York: Dover, 1959. ISBN 0486605868.

14. McBeath S. Competition Car Aerodynamics. Practical Handbook. Veloce Publishing Limited. 2017.