¿Cómo la adición de un deflector de viento frente a los paneles solares montados en el techo afectaría la resistencia en un RV?

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Estoy montando paneles solares en la parte superior de un vehículo recreativo (RV). Para reducir el arrastre, estaba planeando construir una pequeña rampa frente a los paneles para desviar el viento antes de que golpee el panel plano y los montajes. Aquí hay un bosquejo aproximado (rojo es paréntesis, negro es panel, púrpura es rampa):

Panel solar

Alguien me dijo que habría MÁS arrastre si lo hiciera de esta manera que si no colocara el deflector / rampa. Haré el trabajo incluso si habrá muy poca diferencia entre el arrastre evitado al colocar una rampa y no tener una rampa, pero definitivamente no quiero hacerlo si AUMENTA la resistencia.

Creo que el espacio debajo del panel será mínimo. Voy a tratar de acercarlos lo más posible al techo. Los paneles tienen aproximadamente 2 "de grosor y el espacio intermedio será de aproximadamente 1 / 4-1 / 2 pulgada.

¿Cómo afectaría la adición de una rampa frente al panel a la resistencia del vehículo? ¿Aumentaría, disminuiría o permanecería igual?

automotive-engineering airflow solar-panel drag Cade
fuente

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Solo un pensamiento, los paneles solares flexibles también pueden interesarle. engineering.stackexchange.com/questions/649/…

Mahendra Gunawardena

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Asegúrese de mirar la referencia de Dan : lo calificaría como posiblemente el mejor comentario práctico que he visto sobre la aerodinámica del vehículo. [Si alguien conoce uno mejor, compártelo con nosotros.]

Russell McMahon

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El concepto de lo que estás haciendo es sólido, y como señala Russell McMahon, las ganancias de eficiencia podrían ser lo suficientemente significativas como para justificar el cambio.

Te sugiero que consideres agregar una rampa al borde posterior también. La fuerza de arrastre también es muy sensible al extremo aguas abajo (trasero) de un cuerpo. Usted obtiene una presión positiva en la parte delantera del vehículo, pero también obtiene una fuerte presión negativa en la parte trasera. Esto empeora mucho por el desarrollo de turbulencias y separación de flujo.

Conceptualmente, lo que desea hacer es reducir la sección transversal en el extremo posterior para reducir el área sobre la cual se aplica esa presión negativa. Puede hacerlo reduciendo el extremo posterior (una rampa inversa en su caso). El único truco es que debes hacerlo de forma gradual para evitar un fenómeno llamado separación de flujo. Esto es básicamente la corriente de aire que cae sobre sí misma y genera vórtices.

Así que adelante con la rampa en la parte delantera, pero agregue también una rampa muy superficial (~ 10 grados) en la parte posterior. Eso le dará la mejor mejora para una inversión mínima. Además, trate de que las rampas se ajusten a los bordes de los paneles solares. Desea que el camino que sigue el aire sea lo más suave posible.

Para obtener algunas pruebas experimentales y excelentes imágenes, consulte esta presentación

La página 5 muestra pequeñas mejoras en el redondeo de la parte delantera de una camioneta, pero se nivelan rápidamente (sin beneficio para suavizar la parte delantera)

p.11,17,18 muestra la separación del flujo en la parte trasera

p.18 (arriba a la derecha) muestra un punto óptimo para reducir la sección x de lectura. El estrechamiento demasiado fuerte anula el beneficio de reducir el área.

Dan
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Entonces, ¿rampa en la parte delantera y rampa en la parte posterior? Esto probablemente requeriría una de dos cosas, por favor dame tu opinión. 1 - Tendría que sellar los lados para que no entre aire para crear arrastre en la rampa BACK. o 2: tal vez cree una rampa que se adhiera a la parte superior del marco en la parte posterior para que haya un pequeño espacio entre la rampa y el techo en la parte posterior para que el aire que ingrese a los lados no sea arrastrado por la rampa posterior.

Cade

^{\circ}

$^\circ$

+1 (ayer). Como beneficio adicional, esa referencia que cita es posiblemente el mejor comentario práctico que he visto sobre la aerodinámica del vehículo.

Russell McMahon

3

Es necesario tener en cuenta el estrés en los soportes de panel.
Esto se puede reducir en gran medida con una "rampa" que protege completamente el panel del impacto del aire en la dirección hacia adelante.

El arrastre de placa plana para un panel será el resultado de la ecuación de arrastre clásica

P_{l o s t} = D \cdot V

$P_{lost}= D \cdot V$

V

$V$

C_{d}

$C_d$

D = \frac{1}{2} C_{D} ρ A V^{2}

$D = \frac{1}{2} C_D \rho A V^2$

$D$
$A$
$V$
$\rho$ $\approx$ $\frac{kg}{m^3}$
$C_D$ $0 < C_D \leq 1$

D = 0.6 A V^{2}

$D = 0.6 A V^2$

C_{D} = 1

$C_D = 1$

\approx

$\approx$

0.6 \cdot 1 \cdot 1 \cdot 0.1 \cdot 28^{2} = 47 N

$0.6 \cdot 1 \cdot 1 \cdot 0.1 \cdot 28^2 = 47 N$

P_{l o s t} = D \cdot V = 47 \cdot 28 = 1.3 k W

$P_{lost} = D \cdot V = 47 \cdot 28 = 1.3 kW$

Russell McMahon
fuente

C_{D} = 1

$C_D=1$

C_{D}

$C_D$

0

$0$

1

@Roy, segundo comentario primero: No, no tenía la intención de dar la impresión de que Cd caería a 0. Lo que pretendía era mostrar el ~~~ = poder perdido en un área frontal plana para que él pueda ver la pérdida máxima probable. Una rampa eliminará un% desconocido de la carga del motor del automóvil. Los soportes de montaje del panel también se beneficiarán, aunque habrá algo de resistencia debido al flujo a lo largo de la superficie. El máximo de 47N no es grande para los sistemas de montaje y la pérdida de potencia total es notable, pero probablemente la potencia de un automóvil pequeño a 100 km / h. ...

Russell McMahon

@Roy: no estoy seguro de consultar la referencia para Cd = 1. La ecuación es para 'arrastre de placa plana "y se basa (aunque generalmente se usa sin darse cuenta) en la energía requerida para acelerar la columna de aire que atraviesa el objeto a la velocidad del vehículo. Por lo general, se supone que es el peor de los casos. puedes "dejar el aire a un lado" sin llevarlo todo a la velocidad del vehículo, entonces se necesita menos potencia y Cd es una forma de reflejar esto. Como se puede ver, es una fórmula cruda y no tiene en cuenta una serie de efectos secundarios PERO Esta es la "ecuación de arrastre clásica" y funciona sorprendentemente bien.

Russell McMahon

@Roy Aquí hay alguien diciendo lo que dije y siendo ridiculizado por sus esfuerzos {por idiotas} , aquí la NASA opina para los estudiantes y las dos respuestas de Física SE aquí son útiles y observan el área de transición de números de Reynolds. El | Y luego Agh! :-)

Russell McMahon

C_{D}

$C_D$

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Puedo recordar que esto se discutió durante una conferencia sobre fluidos en mis días de estudiante hace mucho tiempo, cuando se planteó el tema de las barras de techo del automóvil y las cucharadas de combustible para camiones.

El panel aumentará la resistencia del RV y reducirá sus características optimizadas diseñadas.

Una rampa como está planeando reducirá el arrastre del panel pero no restaurará las características de racionalización originales del RV.

El efecto de la rampa será similar a las cucharas de combustible conectadas a los camiones, vea la imagen a continuación. Reducen el consumo de combustible reduciendo la resistencia. Dichos dispositivos se han instalado en camiones desde la década de 1980.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Fred
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No sé qué tipo de primicia es esta imagen, pero para mí (como ingeniero aeroespacial) esto parece subóptimo desde la perspectiva de la aerodinámica. Algo convexo será más eficiente, y también es lo que más veo en Europa: isuzucv.com/images/parts/accessories/lightbox/…

Roy

@ Roy Estoy de acuerdo en que la elección de la imagen es un poco extraña; Debe ser un diseño más primitivo. No he notado que se usa en camiones aquí en California, donde el estilo al que apunta es omnipresente.

Air

Quizás podría cambiar la imagen a un ejemplo más adecuado.

Roy

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Si he interpretado el boceto correctamente:

el panel se asienta sobre el techo, con espacio libre debajo
la altura de la rampa es igual a la altura libre

Supongo que el proceso de pensamiento del detractor fue así:

el aire que previamente hubiera golpeado la parte frontal del panel todavía golpeará la parte frontal del panel
el aire que habría pasado por debajo del panel ahora llegará a la rampa
por lo tanto, todo lo que hace la rampa es agregar resistencia, ya que no afecta el aire que golpea el panel

No soy un experto en dinámica de fluidos, pero el aire ascendente de la rampa afectaría claramente el aire que habría golpeado el panel. No sé si este efecto es mayor o menor que el arrastre adicional de aire que ya no puede pasar debajo del panel.

En términos de una mejor solución, debe intentar eliminar las caras verticales, por lo tanto, extienda la rampa para que la parte superior de la rampa coincida con la parte superior del panel. Puedo afirmar que esto tendrá menos resistencia que su diseño (suponiendo que haya interpretado su boceto correctamente), pero me temo que no sé si es mejor que nada.

AndyT
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Lo mejor es hundir el panel de modo que se cree una superficie al ras, sin embargo, dada la situación, probablemente eso no sea posible. La siguiente mejor opción es integrar aerodinámicamente el panel, como ya se hace con los camiones (ver la respuesta de Fred). Tienes razón al afirmar que la rampa solo agregará resistencia (hará que todo sea un poco más aerodinámico, reduciendo la resistencia.)

Roy

¿Cómo la adición de un deflector de viento frente a los paneles solares montados en el techo afectaría la resistencia en un RV?

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