Ich wurde auf einen Blogbeitrag auf den Seiten der CFD-Spezialisten von CD-adapco aufmerksam gemacht, in dem es um die aerodynamische Simulation eines Radfahrers geht – und zwar inklusive der Tretbewegung. Dass der Luftwiderstand bei Radfahren nicht zu vernachlässigen ist, weiß jeder, der einmal mit dem Rad einen Berg hinunter gefahren ist. Mich hat trotzdem überrascht, dass bei 50 km/h bis zu 90 Prozent der aufgewendeten Energie des Rennradfahrers in die Überwindung des Luftwiderstands gehen.
Chris Beves aus dem technischen Marketing von CD-adapco erläutert, dass bei der Olympiade neben dem Segeln die Radwettbewerbe diejenigen sind, bei denen die Aerodynamik eine entscheidende Rolle spielen.
Sein Modell berücksichtigt sowohl die sich drehenden Räder als auch die Bewegung des Radlers beim Treten, Beves nutzte dazu die Mesh Morphing- und Overset Meshing-Funktionalität des Simulationspakets STAR-CCM+ von CD-adapco.
Das Berechnungsnetz umfasst 70 Mio. Zellen, was eine Elementgröße von vier Millimeter vor und hinter dem Körper ergibt – die Auflösung des Modells ist also sehr hoch. Die Simulation wurde über einen kompletten Tretzyklus in 1,5-Grad-Schritten berechnet. Die Overset Meshing-Methode ermöglicht es, mit mehreren Berechnungsgittern zu arbeiten, die sich gegeneinander bewegen. Mittels Mesh Morphing lässt sich darüber hinaus die Veränderung der Körperform abbilden, die sich durch die Bewegung ergibt, beispielsweise an der Hüfte und am Knie. So ist auch der Fahrer realitätsnah in der Simulation berücksichtigt. In einem eindrucksvollen Video werden die Ergebnisse der Simulation visualisiert:
https://www.youtube.com/watch?v=sdYmJ2SJcZE
Die Ergebnisse im Video zeigen sehr schön die Verwirbelungen hinter dem Fahrer, wobei mich überrascht hat, dass der Wirbel im Beinbereich so viel stärker ist als hinter Kopf und Rücken. Anscheinend verstärken sich die Wirbel des Rades und der Beine gegenseitig – ein schönes Beispiel dafür, dass eine ganzheitliche Simulation, die alle Gegebenheiten abbildet, oft mehr zeigt als isolierte Betrachtungen beispielsweise des Rads ohne Einfluss der „Beinarbeit“.