Mejora de las condiciones de flujo del túnel de viento:
Diseñar y fabricar una estructura de acondicionador de flujo que busque mejorar las condiciones de flujo dentro de una sección de prueba de túnel de viento.
Este Este proyecto fue realizado para el Motor & Sport Institute (MSI) de Madrid donde imparten un Máster en Ciencias de la IngenierÃa de Automovilismo. Como parte del programa, enseñan aerodinámica externa y CFD especializándose en autos de carreras.
El MSI cuenta con un túnel de viento de tamaño medio en sus instalaciones que se utiliza para realizar pruebas prácticas como parte del programa educativo asà como para uso comercial. Es importante que el túnel de viento funcione adecuadamente y, por lo tanto, que todos los sensores funcionen correctamente y que las condiciones de flujo dentro de la sección de prueba estén dentro de los niveles adecuados.
Evaluación de condiciones
Como parte del proyecto, se verificaron y caracterizaron las condiciones de flujo dentro de la sección de prueba utilizando equipos de medición de flujo existentes y, en algunos casos, mediante la fabricación de nuevos equipos. Los principales factores que se comprobaron fueron la intensidad de la turbulencia y la uniformidad del flujo.
Para medir estos parámetros, se utilizó el tubo de Pitot incorporado para calcular la intensidad de la turbulencia y se diseñó y fabricó un rastrillo metálico con 16 sondas de presión impresas en 3D. Se sabe que medir la intensidad de la turbulencia con un tubo de Pitot no es lo ideal, sin embargo debido a restricciones de costo se decidió utilizarlo sabiendo que existirÃa algún grado de error.
Conjunto de rastrillo funcional dentro del túnel de viento.
Intensidad de turbulencia vs. Velocidad en tubo de Pitot.
Los hallazgos iniciales muestran que la intensidad de la turbulencia fue más alta de lo deseado, acercándose al 3% a altas velocidades. Para los tipos de pruebas que se realizarán en este túnel de viento, se aconseja que la intensidad de la turbulencia se mantenga por debajo del 2 - 2,5%.
Los resultados del rastrillo también mostraron una mala distribución del flujo dentro de la sección de prueba, con muy bajo rendimiento a bajas velocidades y asentamientos a partir de 20 m / s en adelante. Los gráficos muestran un mapa de colores de velocidad normalizada para facilitar la comparación. En el gráfico se muestra el error relativo entre la velocidad de rastrillo media y el punto más alto de delta con respecto a ese valor medio. El error delta se estabiliza en aproximadamente el 4% después de 25 m / seg. Los resultados sugieren que el flujo se está separando de la esquina interior del codo por delante de la sección de prueba.
Distribución de velocidad normalizada en la sección de prueba (izquierda: 20% de la potencia del motor; derecha: 80% de la potencia del motor)
Error relativo entre la velocidad de rastrillo media y el delta de velocidad más alto en el rastrillo
Mitigación de problemas
Para mitigar las malas condiciones de flujo dentro del túnel de viento, se decidió introducir un nuevo segmento antes de la sección de prueba que contendrÃa una serie de acondicionadores de flujo. Debido al tamaño de la sala que contiene el túnel de viento, la longitud del nuevo segmento se limitarÃa a 150 mm. En esta longitud pudimos colocar un panal de aluminio y dos mallas de acero inoxidable de alta densidad. Los tres elementos son extraÃbles para evaluar su desempeño y también con fines educativos para los estudiantes del MSI.
Debido a la falta de espacio, el diseño del nuevo segmento tuvo que realizarse con una fabricación de alta precisión y todos los acondicionadores de flujo se adhirieron a marcos de metal para maximizar el espacio de empaque.
Diseño CAD de un nuevo segmento de túnel de viento que contiene acondicionador de flujo extraÃble.
Para garantizar la confiabilidad del ensamblaje de la malla, se realizaron pruebas de tracción para garantizar que el adhesivo elegido funcionarÃa de manera confiable y proporcionarÃa suficiente fuerza de unión. La prueba se realizó en comparación con el uso de soldadura por puntos. Los resultados muestran que el adhesivo de dos componentes puede soportar más fuerza que la opción de soldadura por puntos. En ambos casos en los que se utilizó el bicomponente, el punto de falla fue la malla y no el adhesivo.
Ensayo de resistencia a la tracción.
Resultados de la prueba de tracción y modos de falla.
Resultados analÃticos de ensayos de resistencia a la tracción con malla 20.
El montaje final se muestra en las imágenes a continuación.
Segmento de montaje final de acondicionadores de flujo.
Resultados de la implementación del acondicionador de flujo
Al implementar los acondicionadores de flujo, los resultados muestran una mejora tanto en la intensidad de la turbulencia como en la distribución del flujo dentro de la sección de prueba del túnel de viento. La intensidad de la turbulencia se reduce significativamente alcanzando aproximadamente un 1% desde menos de 20 m / seg.
Intensidad de turbulencia vs. Velocidad en el tubo de Pitot con diferentes configuraciones de acondicionador de flujo.
La distribución del flujo también mejora en todos los rangos de velocidad, especialmente a altas velocidades.
Distribución de velocidad normalizada en la sección de prueba de acondicionadores de flujo posterior.
20% de potencia del motor.
Distribución de velocidad normalizada en la sección de prueba de acondicionadores de flujo posterior.
80% de potencia del motor.
Las mejoras logradas con la implementación de acondicionadores de flujo han sido lo suficientemente sustanciales como para poder realizar pruebas con un buen nivel de precisión y repetibilidad.