Como a adição de um defletor de vento na frente dos painéis solares montados no telhado afetaria o atrito em um RV?

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Estou montando painéis solares em cima de um veículo recreativo (RV). Para reduzir o arrasto, eu estava pensando em construir uma pequena rampa na frente dos painéis para desviar o vento antes que ela atingisse a tela plana e os suportes. Aqui está um esboço aproximado (vermelho é colchetes, preto é painel, roxo é rampa):

Painel solar

Alguém me disse que haveria MAIS arrasto se eu fizesse dessa maneira do que se não colocasse o defletor / rampa. Farei o trabalho mesmo que exista uma diferença MUITO PEQUENA entre o arrasto evitado ao colocar uma rampa e não ter uma rampa, mas definitivamente não quero fazê-lo se AUMENTAR arrastar.

Eu acho que o espaço sob o painel será mínimo. Vou tentar levá-los o mais perto possível do telhado. Os painéis têm cerca de 2 "de espessura e o espaço entre eles será de aproximadamente 1 / 4-1 / 2 polegada.

Como a adição de uma rampa na frente do painel afetaria o arrasto no veículo? Aumentaria, diminuiria ou permaneceria o mesmo?

— Cade
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Apenas um pensamento, painéis solares flexíveis também podem interessá-lo. engineering.stackexchange.com/questions/649/...

— Mahendra Gunawardena

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Certifique-se de olhar para a referência de Dan - eu classificaria como possivelmente o melhor comentário prático sobre aerodinâmica de veículos que eu já vi. [Se alguém souber um melhor, compartilhe-o conosco.]

— Russell McMahon

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O conceito do que você está fazendo é sólido e, como Russell McMahon observa, os ganhos de eficiência podem ser significativos o suficiente para justificar a mudança.

Eu sugiro fortemente que você considere adicionar uma rampa à borda traseira também. A força de arrasto também é muito sensível à extremidade a jusante (traseira) de um corpo. Você recebe alguma pressão positiva na frente do veículo, mas também recebe uma forte pressão negativa na traseira. Isso é muito pior pelo desenvolvimento de turbulência e separação de fluxo.

Conceitualmente, o que você deseja fazer é reduzir a seção transversal na extremidade traseira para reduzir a área sobre a qual a pressão negativa é aplicada. Você pode fazer isso afunilando a extremidade traseira (uma rampa reversa no seu caso). O único truque é que você deve fazer isso gradualmente para evitar um fenômeno chamado separação de fluxo. isso é basicamente o fluxo de ar caindo sobre si mesmo e gerando vórtices.

Então vá em frente com a rampa na frente, mas adicione uma rampa muito rasa (~ 10 graus) na parte de trás. Isso lhe dará a melhor melhoria para um investimento mínimo. Além disso, tente ajustar as rampas até as bordas dos painéis solares. Você deseja que o caminho que o ar siga seja o mais suave possível.

Para algumas evidências experimentais e ótimas fotos, verifique esta apresentação

A p.5 mostra pequenas melhorias no arredondamento da frente de uma van, mas elas se nivelam rapidamente (sem benefício para tornar o front end mais suave)

p.11,17,18 mostra a separação de fluxo na parte traseira

A página 18 (canto superior direito) mostra um ponto ideal para reduzir a seção x lida. A redução gradual da afinação desfaz o benefício de reduzir a área.

— Dan
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Então rampa na frente e rampa atrás? Provavelmente, isso exigiria uma das duas coisas, por favor, me dê seu feedback. 1 - Eu teria que selar os lados para que o ar não entre para criar arrasto na rampa BACK. ou 2 - Talvez crie uma rampa que se prenda ao topo da estrutura nas costas, para que haja um pequeno espaço entre a rampa e o teto na parte traseira, para que qualquer ar que entre nas laterais não seja arrastado pela rampa traseira.

— Cade

Selar os lados seria melhor, uma folga entre a rampa e o quadro é basicamente uma 90 borda, e conduzirá provavelmente a separação e eficiência reduzida

^{\circ}

$^\circ$

— Roy

+1 (ontem). Como um bônus importante, essa referência que você cita é possivelmente o melhor comentário prático sobre aerodinâmica de veículos que eu já vi.

— Russell McMahon

3

O estresse nas montagens do painel precisa ser considerado.
Isso pode ser bastante reduzido por uma "rampa" que protege totalmente o painel do impacto do ar na direção para a frente.

O arraste de placa plana para um painel será <= resultado clássico da equação de arrasto.

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
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C_{D} = 1

$C_D=1$

C_{D}

$C_D$

0

$0$

1

@Roy 2º comentário primeiro - Não, eu não pretendia dar a impressão de que o Cd cairá para 0. O que eu pretendia era mostrar a potência perdida em uma área frontal plana para que ele pudesse ver a máxima perda provável. Uma rampa removerá uma% desconhecida da carga do motor do carro. Os suportes de montagem do painel também serão beneficiados, embora haja algum atrito devido ao fluxo ao longo da superfície. O máximo de 47N não é grande para sistemas de montagem e a perda total de potência é perceptível, mas provavelmente a potência do carro é de 100 km / h. ...

— Russell McMahon

@ Roy - Estou incerto re consulta para referência para Cd = 1. A equação é para "arraste de placa plana" e baseia-se (embora geralmente seja usada sem perceber) na energia necessária para acelerar a coluna de ar que o objeto passa para a velocidade do veículo. Esse geralmente é considerado o pior cenário. você pode "aliviar o ar" sem levar tudo à velocidade do veículo, então é necessária menos energia e o Cd é uma maneira de refletir isso. Como pode ser visto, é uma fórmula grosseira e não leva em consideração diversos efeitos secundários, mas é é a "equação clássico arrastar" e funciona surpreendentemente bem.

— Russell McMahon

@ Roy Aqui está alguém dizendo o que eu disse e sendo criticado por seus esforços {por idiotas} , aqui a NASA opina pelos estudantes e as duas respostas da SE Física aqui são úteis e observe a área de transição de números de Reynolds. | E então Agh! :-)

— Russell McMahon

C_{D}

$C_D$

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Lembro-me disso discutido durante uma palestra sobre fluidos nos meus dias de estudante há muito tempo, quando o assunto das barras de tejadilho do carro e do combustível para caminhões foi levantado.

O painel aumentará a resistência do RV e reduzirá suas características aerodinâmicas projetadas.

Uma rampa planejada reduzirá o arrasto do painel, mas não restaurará as características de racionalização originais do RV.

O efeito da rampa será semelhante às colheres de combustível anexadas aos caminhões, veja a figura abaixo. Eles reduzem o consumo de combustível, reduzindo o arrasto. Tais dispositivos foram instalados em caminhões desde os anos 80.

insira a descrição da imagem aqui

— Fred
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Não sei que tipo de informação é essa, mas para mim (como engenheiro aeroespacial) isso parece subótimo da perspectiva da aerodinâmica. Algo convexa será mais eficiente, e é também a coisa que eu vejo em sua maioria por aqui na Europa: isuzucv.com/images/parts/accessories/lightbox/...

— Roy

@ Roy Concordo que a escolha da imagem é um pouco estranha; deve ser um design mais primitivo. Eu não notei que ele estava sendo usado em caminhões aqui na Califórnia, onde o estilo que você aponta é onipresente.

— Air

Talvez você possa mudar a imagem para um exemplo mais adequado.

— 214 Roy Roy

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Se eu interpretei o esboço corretamente:

o painel fica acima do teto, com espaço embaixo dele
a altura da rampa é igual à altura livre

Eu estou supondo que o processo de pensamento do detrator foi assim:

o ar que anteriormente teria atingido a frente do painel ainda atingirá a frente do painel
o ar que passaria por baixo do painel agora atingirá a rampa
portanto, tudo o que a rampa faz é adicionar arrasto, pois não afeta o ar que atinge o painel

Não sou especialista em dinâmica de fluidos, mas o ar ascendente da rampa afetaria claramente o ar que teria atingido o painel. Não sei se esse efeito é maior ou menor que o arrasto adicional de ar que não é mais capaz de passar sob o painel.

Em termos de uma solução melhor - você deve tentar remover as faces verticais; portanto, estenda a rampa para que a parte superior da rampa coincida com a parte superior do painel. Posso afirmar que isso terá menos atrito do que o seu design (supondo que eu tenha interpretado seu esboço corretamente), mas receio não saber se é melhor do que nada.

— AndyT
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Afundar o painel de forma que uma superfície nivelada seja criada é o melhor, no entanto, provavelmente dada a situação, isso provavelmente não é possível. A próxima melhor coisa é integrar o painel aerodinamicamente, como já é feito com caminhões (veja a resposta de Fred). Você está certo ao afirmar que a rampa só adiciona arrasto (isso tornará a coisa um pouco mais simplificada, reduzindo o arrasto. #

— 27715 Roy Roy