Viabilidad en la reducción del coeficiente de arrastre en vehículos de pasajeros por medio de chorros sintéticos

Abstract

Reducir el consumo de energía y combustible en los vehículos de pasajeros se ha convertido en uno de los principales objetivos de la industria automotriz a nivel mundial. Todo esto considerando el auge de las nuevas tecnologías que avanzan exponencialmente en esta área de trabajo. Para cumplir con este objetivo, es necesario proponer la reducción del coeficiente de arrastre de este tipo de vehículos. Esta técnica, muy utilizada en las competiciones de automoción de alto nivel, se muestra como una de las más eficientes a la hora de reducir el consumo energético. En este artículo, se utilizan técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) para analizar la viabilidad de los chorros sintéticos como control de flujo activo en una camioneta. A partir de ahí, un caso base sin actuación ayuda a crear una base experimental. Los dos chorros sintéticos se ubican en dos zonas; una región superior que estudia el flujo desde la parte superior del vehículo y una lateral que se enfoca en el flujo lateral. En la búsqueda de coeficientes de fuerza reductores, la viscosidad dinámica y la densidad del fluido expulsado varían (10%). Los resultados demuestran un aumento promedio en los chorros laterales de operación de sustentación (43.3%) y una reducción en la resistencia al emplear los superiores (- 0.498%). Independientemente de estos resultados, el consumo de energía necesario para el sistema es sustancial, lo cual no es viable gracias al objetivo de reducir la energía requerida para su funcionamiento.

Reducing energy and fuel consumption in passenger vehicles has become one of the main objectives of the automotive industry worldwide. All this is considering the rise of new technologies that advance exponentially in this work area. To fulfill this goal, it is necessary to propose the reduction of the drag coefficient of this type of vehicle. This technique, widely used in high-level automotive competitions, proves to be one of the most efficient at reducing energy consumption. In this paper, computational fluid dynamics (CFD) techniques are used to analyze the viability of synthetic jets as active flow control in a station wagon. From there on, a base case with no actuation helps to create an experimental basis. The two synthetic jets locate in two zones; an upper region that studies the flow from the top of the vehicle and a lateral one that focuses on the side flow. In the search for reducing force coefficients, dynamic viscosity and density of the expelled fluid vary (10%). Results demonstrate an average increase in the lift operating lateral jets (43.3%) and a reduction in drag employing the upper ones (-0.498%). Regardless of these results, the consumption of energy needed for the system is substantial, which is not viable thanks to the objective of reducing the energy required for its functioning.