Critical sources of aerodynamic resistance in a medium distance urban train: a CFD approach

El presente artículo evalúa el comportamiento aerodinámico de un tren de cercanías que funciona a velocidades medias, por medio de la dinámica computacional de fluidos. Su objetivo principal es identificar las principales fuentes de resistencia aerodinámica. El estudio consta de dos fases, la primer...

Full description

Autores:
Tabares, Andrés F.
Gómez, Natalia
Nieto, César
Giraldo, Mauricio
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2013
Institución:
Universidad de San Buenaventura
Repositorio:
Repositorio USB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:bibliotecadigital.usb.edu.co:10819/4904
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10819/4904
Palabra clave:
Aerodynamics
Energy consumption
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Aerodinámica
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License
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description El presente artículo evalúa el comportamiento aerodinámico de un tren de cercanías que funciona a velocidades medias, por medio de la dinámica computacional de fluidos. Su objetivo principal es identificar las principales fuentes de resistencia aerodinámica. El estudio consta de dos fases, la primera de ellas es el análisis aerodinámico del tren usando ciertos parámetros de malla y el modelo de turbulencia k - ε para obtener una condición real de la operación; se obtuvo con este análisis el consumo total de potencia correspondiente al valor de la resistencia aerodinámica lanzada por el proceso de simulación. Estos resultados fueron cualitativamente comparados con los datos experimentales con el fin de validar el proceso de simulación. La segunda parte es la identificación y análisis de las principales zonas de resistencia aerodinámica que el sistema de metro puede generar en su interacción con el aire, para hacer una evaluación preliminar de algunas modificaciones que permitieron la reducción de la resistencia en estas zonas críticas. Los resultados obtenidos muestran las zonas críticas, las fuentes de resistencia aerodinámica que impactan negativamente en el sistema y alguna evidencia de que hay una reducción potencial en la fuerza de arrastre total de influir en el consumo de energía a través de algunos cambios aerodinámicos menores a la estructura frontal, sin afectar a las características operativas del sistema de metro.
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Estos resultados fueron cualitativamente comparados con los datos experimentales con el fin de validar el proceso de simulación. La segunda parte es la identificación y análisis de las principales zonas de resistencia aerodinámica que el sistema de metro puede generar en su interacción con el aire, para hacer una evaluación preliminar de algunas modificaciones que permitieron la reducción de la resistencia en estas zonas críticas. Los resultados obtenidos muestran las zonas críticas, las fuentes de resistencia aerodinámica que impactan negativamente en el sistema y alguna evidencia de que hay una reducción potencial en la fuerza de arrastre total de influir en el consumo de energía a través de algunos cambios aerodinámicos menores a la estructura frontal, sin afectar a las características operativas del sistema de metro.In this article, the aerodynamic behavior of a commuter train operating at average speeds is evaluated, by means of computational fluid dynamics; the main goal is to identify the main aerodynamic drag sources. The study consist of two phases; the first one is the aerodynamic analysis of the current train using certain mesh parameters and the turbulence model – to obtain a real condition of operation, with this analysis was obtained the total power consumption corresponding to the value of the aerodynamic drag thrown by the simulation process. These results were qualitatively compared with experimental data in order to validate the simulation process. The second part is the identification and analysis of the main aerodynamic drag zones that the Metro system generate in its interaction with the air, to make a preliminary evaluation of a few modifications that allowed the reduction in the drag in these critical zones. Results obtained show the critical zones, the sources of aerodynamic drag that impact negatively on the system and some evidence that there is a potential reduction in the total drag force influencing energy consumption via some minor aerodynamic changes to the frontal structure, without affecting the operational characteristics of the metro system.Universidad de San Buenaventura - Calipdf111 - 124 páginasRecurso en lineaapplication/pdf1794-192X2256-3202 (en línea)http://hdl.handle.net/10819/4904spaUniversidad de San BuenaventuraDocumento USBDocumentos USBCaliRevista Científica Guillermo de Ockham;Vol. 11, No. 1 Enero-Junio de 2013Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaPor medio de este formato manifiesto mi voluntad de AUTORIZAR a la Universidad de San Buenaventura, Sede Bogotá, Seccionales Medellín, Cali y Cartagena, la difusión en texto completo de manera gratuita y por tiempo indefinido en la Biblioteca Digital Universidad de San Buenaventura, el documento académico-investigativo objeto de la presente autorización, con fines estrictamente educativos, científicos y culturales, en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y demás normas generales sobre derechos de autor. Como autor manifiesto que el presente documento académico-investigativo es original y se realiza sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, la obra es de mi exclusiva autora y poseo la titularidad sobre la misma. La Universidad de San Buenaventura no será responsable de ninguna utilización indebida del documento por parte de terceros y será exclusivamente mi responsabilidad atender personalmente cualquier reclamación que pueda presentarse a la Universidad. Autorizo a la Biblioteca Digital de la Universidad de San Buenaventura convertir el documento al formato que el repositorio lo requiera (impreso, digital, electrónico o cualquier otro conocido o por conocer) o con fines de preservación digital. Esta autorización no implica renuncia a la facultad que tengo de publicar posteriormente la obra, en forma total o parcial, por lo cual podrá, dando aviso por escrito con no menos de un mes de antelación, solicitar que el documento deje de estar disponible para el público en la Biblioteca Digital de la Universidad de San Buenaventura, así mismo, cuando se requiera por razones legales y/o reglas del editor de una revista.http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Revista Cientifica Guillermo de OckhamANSYS FLUENT, Ansys help: Fluent User Guide 12.1. AUGUSTIN, Kai, RIST, Ulrich, and WAGNER, Siegfried. (2012) Control of Laminar Separation Bubbles by Small-Amplitude 2D and 3D Boundary-Layer Disturbances. Universität Stuttgart; Institut für Aerodynamik und Gasdynamik, Pfaffenwaldring 21, 70550 Stuttgart, Germany. BAKER, Chris. (2010) The flow around high speed trains. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 98 277–298. BAKER, Chris. (2010) The simulation of unsteady aerodynamic cross wind forces on trains. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 98 88–99. BEAUDOINA, J.F., CADOTB, O., AIDERC, J.L., and WESFREID, J.E. (2006) Bluff-body drag reduction by extremum-seeking control. Journal of Fluids and Structures 22 973–978. CHELI, F., RIPAMONTI, F., ROCCHI, D., and TOMASINI, G. (2010) Aerodynamic behavior investigation of the new EMUV 250 train to cross wind. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 98 189–201. LAM, K. M and WEI, C. T. (2010) Numerical simulation of vortex shedding from an inclined flat plate. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics Vol.45, No.4, pp 569-579. LIENHART, Hermann, BREUER, Michael, and and KÖKSOY, Cagatay. (2008) Drag reduction by dimples? – A complementary experimental/numerical investigation. International Journal of Heat and Fluid Flow 29 783–791. ORTEGA, Jason M. and SALARI, Kambiz. (2005) Apparatus and method for reducing drag of a bluff body in ground effect using counter-rotating vortex pairs. United States Patent. RAGHUNATHANA, S. RAGHU, Kimb, H.-D., and SETOGUCHIC, T. (2002) Aerodynamics of high-speed railway train. Progress in Aerospace Sciences 38 469–514. SALARI, Kambiz, et al. (2006) Heavy Vehicle Drag Reduction Devices: Computational Evaluation & Design. DOE Heavy Vehicle Systems Review. ÜNAL, Ugur Oral and GÖREN Ömer. (2011) Effect of vortex generators on the flow around a circular cylinder: Computational investigation with two-equation turbulence models. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics Vol. 5, No.1, pp 99-116. WOOD, Richard M., y BAUER, Steven X. S. (2003) Simple and Low-Cost Aerodynamic Drag Reduction Devices for Tractor-Trailer Trucks. 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