Control activo de flujo con chorros sintéticos en un vehículo comercial terrestre

Abstract

"En la actualidad, los altos precios de los combustibles y las estrictas normas ambientales han llevado al sector automotriz a explorar nuevas alternativas para la reducción del consumo de combustible. Este escenario ha propiciado el desarrollo de investigaciones en torno a la implementación de controles activos de flujo sobre vehículos, teniendo en cuenta el peso que representa el arrastre aerodinámico en el consumo de potencia de un vehículo. Así, el objetivo del presente trabajo consiste en evaluar, por medio de dinámica de fluidos computacional, el desempeño de un control activo de flujo basado en chorros sintéticos. Para esto, se adoptó una malla tipo híbrida combinando prismas sobre la superficie del vehículo y tetraedros a lo largo del dominio computacional. Dos ranuras de actuación fueron definidas en: 1) la zona superior del vehículo a lo largo del alerón trasero, y 2) la zona lateral posterior del vehículo previo a la separación. Los chorros sintéticos fueron modelados con una función sinusoidal con: una amplitud en el rango de 3.4e-4 a 1.4e-2 en términos del coeficiente de momentum, y una frecuencia de actuación de 200 o 400 Hz. Los resultados numéricos arrojan una reducción máxima de arrastre de 0.8% en el caso de solo chorros superiores con coeficiente de momentum de 1.4e-2 y una frecuencia de 400 Hz, mientras que para todos los casos de solo chorros laterales se obtuvo un aumento en arrastre y disminución de la sustentación. Cualitativamente se pudo observar ciertos cambios en el patrón de flujo en la estela, destacándose una leve disminución del tamaño de la burbuja de separación, así como un aumento de presión en la zona posterior del vehículo. Finalmente, en términos de eficiencia energética se puede concluir que la implementación del control de flujo no es viable energéticamente teniendo en cuenta que la energía requerida para la actuación del chorro supera hasta en 10 veces el ahorro de combustible debido a la reducción del arrastre."--Tomado del Formato de Documento de Grado.

"Nowadays, high fuel prices and strict environmental regulations have provided some researching development related to implementation of active flow controls on vehicles since the high significance of aerodynamic drag in vehicle power consumption. Thus, the main objective of this study is to evaluate the performance of an active flow control on a station wagon through Computational Fluid Dynamics. For this, a hybrid mesh combining prisms and tetrahedral along the domain was adopted. Two actuation slots were configured in: 1) the upper zone of the vehicle along the rear spoiler, and 2) just before flow separation in the rear-lateral side. Synthetic jets were modelled with a sinusoidal signal with amplitude in the range of 3.4e-4 to 1.4e-2 for momentum coefficient, and an actuation frequency of 250 or 400 Hz. Numerical results show a maximum drag reduction of 0.8% for the case of only upper jets with momentum coefficient of 1.4e-2 and 400 Hz of frequency. In the other hand, all the cases with only lateral jets showed a drag increase and lift reduction. In terms of flow pattern, some changes can be noticed, specially the reduction in size of the separation bubble in the near wake, and a pressure increase in vehicle rear side. Regarding energetic performance, the implementation of the active flow control for this case is not suitable since the required energy for jets actuation is almost 10 times the fuel saving due to the drag reduction."--Tomado del Formato de Documento de Grado.