In che modo l'aggiunta di un deflettore del vento davanti ai pannelli solari montati sul tetto influirebbe sulla resistenza su un camper?

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Sto montando i pannelli solari sopra un veicolo ricreativo (RV). Per ridurre la resistenza, stavo progettando di costruire una piccola rampa di fronte ai pannelli per deviare il vento prima che colpisse il pannello piatto e si monta. Ecco uno schizzo approssimativo (rosso è parentesi, nero è pannello, viola è rampa):

Pannello solare

Qualcuno mi ha detto che ci sarebbe PIÙ trascinamento se l'avessi fatto in questo modo che se non avessi messo il deflettore / rampa. Farò il lavoro anche se ci sarà MOLTO PICCOLA differenza tra la resistenza evitata inserendo una rampa e non avendo affatto una rampa, ma sicuramente non voglio farlo se aumenterà la resistenza.

Penso che lo spazio sotto il pannello sarà minimo. Proverò ad avvicinarli il più possibile al tetto. I pannelli hanno uno spessore di circa 2 "e lo spazio tra circa 1 / 4-1 / 2 pollici.

In che modo l'aggiunta di una rampa davanti al pannello influirebbe sulla resistenza del veicolo? Aumenterebbe, ridurrebbe o rimarrebbe lo stesso?

— Cade
fonte

3

Solo un pensiero, anche i pannelli solari flessibili potrebbero interessarti. engineering.stackexchange.com/questions/649/…

— Mahendra Gunawardena

1

Assicurati di guardare il riferimento di Dan : lo classificherei come forse il miglior commento pratico sull'aerodinamica dei veicoli che io abbia mai visto. [Se qualcuno ne conosce una migliore, per favore, condividila con noi.]

— Russell McMahon,

9

Il concetto di ciò che stai facendo è valido e, come osserva Russell McMahon, i guadagni di efficienza potrebbero essere abbastanza significativi da giustificare il cambiamento.

Consiglio vivamente di prendere in considerazione l'aggiunta di una rampa anche sul bordo posteriore. La forza di resistenza è molto sensibile anche all'estremità a valle (posteriore) di un corpo. Si ottiene una pressione positiva nella parte anteriore del veicolo, ma si ottiene anche una forte pressione negativa nella parte posteriore. Ciò è molto peggiorato dallo sviluppo della turbolenza e dalla separazione del flusso.

Concettualmente, quello che vuoi fare è ridurre la sezione trasversale sul retro per ridurre l'area su cui viene applicata quella pressione negativa. Puoi farlo rastremando la parte posteriore (una rampa inversa nel tuo caso). L'unico trucco è che devi farlo abbastanza gradualmente per evitare un fenomeno chiamato separazione del flusso. questo è fondamentalmente il flusso d'aria che rotola su se stesso e genera vortici.

Quindi vai avanti con la rampa nella parte anteriore, ma aggiungi anche una rampa molto superficiale (~ 10 gradi) sul retro. Questo ti darà il miglior miglioramento per un investimento minimo. Inoltre, prova a fare in modo che le rampe si adattino perfettamente ai bordi dei pannelli solari. Volete che il percorso che segue l'aria sia il più liscio possibile.

Per alcune prove sperimentali e immagini eccezionali, controlla questa presentazione

p.5 mostra piccoli miglioramenti nell'arrotondare la parte anteriore di un furgone ma si livellano rapidamente (nessun vantaggio per rendere la parte anteriore più liscia)

p.11,17,18 mostra la separazione del flusso nella parte posteriore

p.18 (in alto a destra) mostra un punto ottimale per ridurre la sezione x di lettura. La riduzione troppo netta annulla il vantaggio di ridurre l'area.

— Dan
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Quindi rampa nella parte anteriore e rampa nella parte posteriore? Ciò richiederebbe probabilmente una delle due cose, per favore dammi il tuo feedback. 1 - Dovrei sigillare i lati in modo che l'aria non penetri per creare resistenza sulla rampa INDIETRO. o 2 - Forse creare una rampa che si attacca alla parte superiore del telaio nella parte posteriore in modo che vi sia un piccolo spazio tra la rampa e il tetto sul retro in modo che qualsiasi aria che arriva ai lati non venga trascinata dalla rampa posteriore.

— Cade,

Sigillare i lati sarebbe meglio, uno spazio tra la rampa e il telaio è sostanzialmente un bordo di 90 , e probabilmente porterà a separazione e riduzione dell'efficienza

^{\circ}

$^\circ$

— Roy

+1 (ieri). Come bonus principale, quel riferimento che citi è forse il miglior commento pratico sull'aerodinamica del veicolo che io abbia mai visto.

— Russell McMahon,

3

È necessario considerare lo stress sui supporti dei pannelli.
Ciò può essere notevolmente ridotto da una "rampa" che protegge completamente il pannello dagli impatti dell'aria nella direzione in avanti.

Il trascinamento della lastra piana per un pannello sarà <= risultato dell'equazione di trascinamento classica.

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

$P_{lost}= D \cdot V$
= potenza richiesta per accelerare tutta l'aria opposta dal percorso dell'oggetto dal riposo alla velocità al passaggio del veicolo. Lower migliora su questo

V

$V$

C_{d}

$C_d$

D = \frac{1}{2} C_{D} ρ A V^{2}

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

$D$ = forza in Newton sul pannello (o rampa) = area frontale proiettata m ^ 2 = velocità m / S = densità dell'aria 1,2 a STP = coefficiente di relativo trascinamento della lastra piana riempimento dei valori fornisce: ad es. un pannello largo 1000 mm x alto 100 mm con a 100 km / h 28 m / s può causare a:
$A$
$V$
$\rho$ $\approx$ $\frac{kg}{m^3}$
$C_D$ $0 < C_D \leq 1$

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

$P_{lost} = D \cdot V = 47 \cdot 28 = 1.3 kW$ Non vasto ma evidente.

— Russell McMahon
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hai qualche riferimento per il valore di ? Inoltre, stai supponendo che il valore di sarà una volta installato il deflettore, non è così.

C_{D} = 1

$C_D=1$

C_{D}

$C_D$

0

$0$

— Roy,

1

@Roy 2 ° commento prima - No, non avevo intenzione di dare l'impressione che Cd scendesse a 0. Quello che intendevo era mostrare la ~~~ = potenza persa in un'area frontale piatta in modo che potesse vedere la massima perdita probabile. Una rampa rimuoverà una percentuale sconosciuta di quella dal carico del motore dell'auto. Anche le staffe di montaggio del pannello ne trarranno vantaggio, sebbene ci sarà un po 'di resistenza dovuta al flusso lungo la superficie. Il massimo di 47N non è grande per i sistemi di montaggio e la perdita di potenza totale è evidente ma probabilmente una piccola potenza della vettura a 100 km / h. ...

— Russell McMahon il

@Roy - Non sono sicuro per la richiesta di riferimento per Cd = 1. L'equazione è per "trascinamento della piastra piatta" e si basa (anche se di solito viene utilizzata senza rendersene conto) sull'energia richiesta per accelerare la colonna d'aria che l'oggetto attraversa alla velocità del veicolo. Questo è generalmente considerato lo scenario peggiore. puoi "facilitare l'aria a parte" senza portare tutto alla velocità del veicolo, quindi è necessaria meno energia e Cd è un modo per riflettere questo. Come si può vedere, è una formula grezza e non tiene conto di una serie di affetti secondari MA è "l'equazione di resistenza classica" e funziona sorprendentemente bene.

— Russell McMahon

@Roy Ecco qualcuno che dice ciò che ho detto ed essere messo alla gogna per i suoi sforzi {dagli idioti} , qui l'opine della NASA per gli studenti e le due risposte SE Physics qui sono utili e notate l'area di transizione dei numeri di Reynolds. | E poi Agh! :-)

— Russell McMahon il

Non sto discutendo dell'uso della classica formula di trascinamento, stavo solo chiedendo della tua motivazione per selezionare i valori di come hai fatto tu

C_{D}

$C_D$

— Roy

2

Ricordo che questo è stato discusso durante una lezione sui fluidi nei miei giorni da studente molto tempo fa, quando è stato sollevato il tema degli scaffali dei tetti delle auto e delle palette di carburante per camion.

Il pannello aumenterà la resistenza del camper e ridurrà le sue caratteristiche aerodinamiche progettate.

Una rampa durante la pianificazione ridurrà la resistenza del pannello ma non ripristinerà le caratteristiche di razionalizzazione originali del camper.

L'effetto della rampa sarà simile alle palette del carburante attaccate ai camion, vedi l'immagine sotto. Riducono il consumo di carburante riducendo la resistenza. Tali dispositivi sono stati installati sui camion dagli anni '80.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

— Fred
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Non so che tipo di scoop sia questa la foto, ma per me (come ingegnere aerospaziale) sembra non ottimale dal punto di vista dell'aerodinamica. Qualcosa di convesso sarà più efficiente, ed è anche la cosa che vedo soprattutto qui in Europa: isuzucv.com/images/parts/accessories/lightbox/…

— Roy

@Roy Sono d'accordo che la scelta dell'immagine sia un po 'strana; deve essere un design più primitivo. Non ho notato che viene utilizzato su camion qui in California, dove lo stile che indichi è onnipresente.

— Air

Forse potresti cambiare l'immagine in un esempio più appropriato.

— Roy,

0

Se ho interpretato correttamente lo schizzo:

il pannello si trova sopra il tetto, con spazio sotto di esso
l'altezza della rampa è uguale all'altezza libera

Immagino che il processo di pensiero del detrattore sia andato così:

l'aria che in precedenza avrebbe colpito la parte anteriore del pannello continuerà a colpire la parte anteriore del pannello
l'aria che sarebbe andata sotto il pannello ora colpirà la rampa
quindi tutto ciò che fa la rampa è aggiungere resistenza, poiché non influisce sull'aria che colpisce il pannello

Non sono un esperto di fluidodinamica, ma l'aria che sale dalla rampa influenzerebbe chiaramente l'aria che avrebbe colpito il pannello. Non so se questo effetto sia maggiore o minore della resistenza aggiuntiva dell'aria che non è più in grado di passare sotto il pannello.

In termini di soluzione migliore, dovresti provare a rimuovere le facce verticali, quindi estendi la rampa in modo che la parte superiore della rampa coincida con la parte superiore del pannello. Posso affermare che questo avrà meno trascinamento del tuo disegno (supponendo che io abbia interpretato correttamente il tuo schizzo), ma temo di non sapere se sia meglio di niente.

— AndyT
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1

Affondare il pannello in modo tale da creare una superficie a filo è meglio, comunque probabilmente data la situazione, probabilmente non è possibile. La prossima cosa migliore è l'integrazione aerodinamica del pannello, come già fatto con i camion (vedi la risposta di Fred). Hai ragione nel dire che la rampa sarà solo aggiungere trascinare (sarà rendere il tutto un po 'più snella, riducendo la resistenza.

— Roy