Wie würde sich das Hinzufügen eines Windabweisers vor auf dem Dach montierten Sonnenkollektoren auf den Luftwiderstand eines Wohnmobils auswirken?

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Ich montiere Sonnenkollektoren auf einem Freizeitfahrzeug (RV). Um den Luftwiderstand zu verringern, plante ich, eine kleine Rampe vor den Paneelen zu bauen, um den Wind abzulenken, bevor er auf das Flachpaneel trifft und montiert wird. Hier ist eine grobe Skizze (rot ist Klammern, schwarz ist Tafel, lila ist Rampe):

Sonnenkollektor

Jemand sagte mir, dass es MEHR Widerstand geben würde, wenn ich es so machen würde, als wenn ich den Deflektor / die Rampe nicht setzen würde. Ich werde die Arbeit auch dann machen, wenn es einen SEHR KLEINEN Unterschied zwischen dem durch Einsetzen einer Rampe vermiedenen Widerstand und dem Fehlen einer Rampe gibt, aber ich möchte es definitiv nicht tun, wenn der Widerstand erhöht wird.

Ich denke, der Platz unter dem Panel wird minimal sein. Ich werde versuchen, sie so nah wie möglich an das Dach zu bringen. Die Paneele sind ungefähr 2 "dick und der Abstand dazwischen beträgt ungefähr 1 / 4-1 / 2 Zoll.

Wie würde sich das Hinzufügen einer Rampe vor dem Panel auf den Luftwiderstand des Fahrzeugs auswirken? Würde es zunehmen, abnehmen oder gleich bleiben?

— Cade
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Nur ein Gedanke, flexible Sonnenkollektoren könnten Sie auch interessieren. engineering.stackexchange.com/questions/649/…

— Mahendra Gunawardena

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Schauen Sie sich unbedingt Dans Referenz an - ich würde es als den wahrscheinlich besten praktischen Kommentar zur Fahrzeugaerodynamik bewerten , den ich je gesehen habe. [Wenn jemand einen besseren kennt, teilen Sie ihn uns bitte mit.]

— Russell McMahon

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Das Konzept Ihrer Arbeit ist solide, und wie Russell McMahon feststellt, könnten die Effizienzgewinne erheblich genug sein, um die Änderung zu rechtfertigen.

Ich würde dringend empfehlen, dass Sie auch eine Rampe an der Hinterkante anbringen. Die Widerstandskraft ist auch sehr empfindlich gegenüber dem stromabwärtigen (hinteren) Ende einer Karosserie. Sie erhalten einen gewissen Überdruck an der Vorderseite des Fahrzeugs, aber auch einen starken Unterdruck am Heck. Dies wird durch die Entwicklung von Turbulenzen und Strömungstrennung noch verschlimmert.

Konzeptionell möchten Sie den Querschnitt am hinteren Ende verringern, um den Bereich zu verringern, auf den dieser Unterdruck ausgeübt wird. Sie können dies tun, indem Sie das hintere Ende verjüngen (in Ihrem Fall eine umgekehrte Rampe). Der einzige Trick ist, dass Sie dies ziemlich allmählich tun müssen, um ein Phänomen zu vermeiden, das als Strömungstrennung bezeichnet wird. Dies ist im Grunde der Luftstrom, der über sich selbst fällt und Wirbel erzeugt.

Fahren Sie also mit der Rampe vorne fort, aber fügen Sie auch hinten eine sehr flache Rampe (~ 10 Grad) hinzu. Das gibt Ihnen die beste Verbesserung bei minimalen Investitionen. Versuchen Sie auch, die Rampen so zu gestalten, dass sie bis an die Ränder der Sonnenkollektoren passen. Sie möchten, dass der Weg, dem die Luft folgt, so glatt wie möglich ist.

In dieser Präsentation finden Sie einige experimentelle Beweise und großartige Bilder

S.5 zeigt kleine Verbesserungen beim Abrunden der Vorderseite eines Lieferwagens, die sich jedoch schnell abflachen (kein Vorteil, wenn das vordere Ende glatter wird).

S.11,17,18 zeigt die Strömungstrennung auf der Rückseite

S.18 (oben rechts) zeigt einen optimalen Punkt zum Reduzieren des gelesenen x-Abschnitts. Eine zu starke Verjüngung macht den Vorteil einer Flächenreduzierung rückgängig.

— Dan
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Also vorne rampen und hinten rampen? Dies würde wahrscheinlich eines von zwei Dingen erfordern, bitte geben Sie mir Ihr Feedback. 1 - Ich müsste die Seiten abdichten, damit keine Luft eindringt, um einen Widerstand auf der RÜCKENRampe zu erzeugen. oder 2 - Erstellen Sie möglicherweise eine Rampe, die hinten an der Oberseite des Rahmens angebracht wird, sodass zwischen der Rampe und dem Dach auf der Rückseite ein kleiner Spalt vorhanden ist, damit Luft, die in die Seiten gelangt, nicht von der hinteren Rampe mitgerissen wird.

— Cade

^{\circ}

$^\circ$

+1 (gestern). Als Hauptbonus ist diese Referenz, die Sie zitieren, möglicherweise der beste praktische Kommentar zur Fahrzeugaerodynamik, den ich je gesehen habe.

— Russell McMahon

3

Die Belastung der Plattenhalterungen muss berücksichtigt werden.
Dies kann durch eine "Rampe", die das Paneel vollständig vor Luftaufprall in Vorwärtsrichtung schützt, stark reduziert werden.

Der flache Plattenwiderstand für ein Panel ist das Ergebnis der klassischen Widerstandsgleichung.

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

$0$

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@Roy 2. Kommentar zuerst - Nein, ich wollte nicht den Eindruck erwecken, dass Cd auf 0 fallen wird. Ich wollte den ~~~ = Leistungsverlust in einem flachen Frontalbereich zeigen, damit er den maximal wahrscheinlichen Verlust sehen kann. Eine Rampe entfernt einen unbekannten Prozentsatz davon von der Motorlast des Autos. Die Montagehalterungen für die Schalttafel profitieren ebenfalls, obwohl aufgrund des Flusses entlang der Oberfläche ein gewisser Luftwiderstand auftritt. Das Maximum von 47 N ist für Montagesysteme nicht groß und der Gesamtleistungsverlust ist spürbar, aber wahrscheinlich gering bei einer Fahrzeugleistung von 100 km / h. ...

— Russell McMahon

@ Roy - Ich bin mir nicht sicher, ob ich eine Referenz für Cd = 1 abfragen soll. Die Gleichung bezieht sich auf den "flachen Plattenwiderstand" und basiert (obwohl normalerweise ohne es zu merken verwendet wird) auf der Energie, die erforderlich ist, um die Luftsäule, die das Objekt durchläuft, auf Fahrzeuggeschwindigkeit zu beschleunigen. Dies wird normalerweise als das Worst-Case-Szenario angenommen Sie können "die Luft beiseite lassen", ohne alles auf Fahrzeuggeschwindigkeit zu bringen, dann wird weniger Leistung benötigt, und Cd ist eine Möglichkeit, dies widerzuspiegeln. Wie zu sehen ist, handelt es sich um eine grobe Formel, bei der eine Reihe von sekundären Auswirkungen ABER nicht berücksichtigt werden Dies ist die "klassische Drag-Gleichung" und funktioniert überraschend gut.

— Russell McMahon

@ Roy Hier ist jemand, der sagt, was ich gesagt habe und für seine Bemühungen angeprangert wird (hier von Idioten) . Hier ist die Meinung der NASA für Studenten und die beiden Antworten von SE Physics hier sind nützlich und beachten Sie den Reynolds-Nummern-Transtion-Bereich. | Und dann Agh! :-)

— Russell McMahon

C_{D}

$C_D$

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Ich kann mich daran erinnern, dass dies vor langer Zeit während einer Vorlesung über Flüssigkeiten in meiner Studienzeit diskutiert wurde, als das Thema Autodachträger und LKW-Kraftstoffschaufeln angesprochen wurde.

Das Panel erhöht den Luftwiderstand des Wohnmobils und verringert die entworfenen optimierten Eigenschaften.

Eine geplante Rampe verringert den Luftwiderstand des Panels, stellt jedoch nicht die ursprünglichen Rationalisierungseigenschaften des Wohnmobils wieder her.

Die Auswirkungen der Rampe ähneln denen von an Lastwagen befestigten Kraftstoffschaufeln (siehe Abbildung unten). Sie reduzieren den Kraftstoffverbrauch und den Luftwiderstand. Solche Geräte wurden seit den 1980er Jahren auf Lastwagen installiert.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

— Fred
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Ich weiß nicht, um welche Art von Schaufel es sich handelt, aber für mich (als Luft- und Raumfahrtingenieur) sieht dies aus aerodynamischer Sicht nicht optimal aus. Etwas Konvexes wird effizienter sein, und es ist auch das, was ich hier in Europa meistens sehe: isuzucv.com/images/parts/accessories/lightbox/…

— Roy

@ Roy Ich stimme zu, dass die Auswahl des Bildes etwas seltsam ist. Es muss ein primitiveres Design sein. Ich habe nicht bemerkt, dass es hier in Kalifornien auf Lastwagen verwendet wird, wo der Stil, auf den Sie hinweisen, allgegenwärtig ist.

— Air

Vielleicht könnten Sie das Bild in ein passenderes Beispiel ändern.

— Roy

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Wenn ich die Skizze richtig interpretiert habe:

Das Paneel sitzt über dem Dach und hat darunter einen Freiraum
Die Rampenhöhe entspricht der Freiraumhöhe

Ich vermute, dass der Denkprozess des Kritikers so verlief:

Die Luft, die zuvor die Vorderseite des Panels getroffen hätte, trifft immer noch die Vorderseite des Panels
Die Luft, die unter die Platte gegangen wäre, wird jetzt die Rampe treffen
Daher fügt die Rampe nur Luftwiderstand hinzu, da dies keinen Einfluss auf die Luft hat, die auf das Panel trifft

Ich bin kein Experte für Fluiddynamik, aber die aufsteigende Luft von der Rampe würde eindeutig die Luft beeinflussen, die das Panel getroffen hätte. Ich weiß nicht, ob dieser Effekt größer oder kleiner ist als der zusätzliche Luftwiderstand, der nicht mehr unter der Platte hindurchtreten kann.

Um eine bessere Lösung zu finden, sollten Sie versuchen, vertikale Flächen zu entfernen. Verlängern Sie daher die Rampe so, dass die Oberseite der Rampe mit der Oberseite der Platte übereinstimmt. Ich kann sagen, dass dies weniger Luftwiderstand als Ihr Entwurf hat (vorausgesetzt, ich habe Ihre Skizze richtig interpretiert), aber ich fürchte, ich weiß nicht, ob es besser als gar nichts ist.

— AndyT
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Das Paneel so zu versenken, dass eine bündige Oberfläche entsteht, ist am besten, aber angesichts der Situation ist dies wahrscheinlich nicht möglich. Das nächstbeste ist die aerodynamische Integration des Panels, wie dies bereits bei Lastwagen der Fall ist (siehe Freds Antwort). Sie haben Recht, wenn Sie sagen, dass die Rampe nur den Luftwiderstand erhöht (dadurch wird das Ganze etwas schlanker, wodurch der Luftwiderstand verringert wird.

— Roy