Ingeniería Mecánica · 2025
Diseño y simulación numérica de la aerodinámica del difusor de un vehículo tipo fórmula SAE
Perfecto. Aquí tienes el texto organizado en párrafos y con mejor distribución visual, conservando la redacción original: Este trabajo implementó un proceso completo de diseño y simulación CFD para integrar un difusor en el vehículo Fórmula SAE® de la universidad, cubriendo: definición geométrica 2D a partir del CAD 3D del monoplaza, establecimiento del dominio y estrategias de refinamiento (enclosures y bodies of influence), generación y verificación de mallas, configuración del modelo físico-numérico (RANS k − ω SST) y evaluación comparativa de ángulos de difusor entre 5° y 22.28° en flujo transitorio a 21 m/s. La independencia de malla se validó con tres mallas y desviaciones de fuerzas/coeficientes < 10%, seleccionándose la malla 1 por estabilidad y costo. Con las mismas condiciones, el ángulo de 7° ofreció la mejor relación lift/drag del conjunto evaluado, alineándose con la literatura que ubica el óptimo de difusores simples cerca de 7° para minimizar separación y pérdidas. Los campos de presión y velocidad corroboraron un sellado efectivo del piso y una expansión controlada en 7°, mientras que ángulos mayores tendieron a incrementar el arrastre con ganancias decrecientes en carga. A partir de estos resultados y del estado del arte citado (paquetes aerodinámicos F-SAE®, cuerpo de Ahmed y validaciones con perfiles S1223 y FX74 CL5 140), se proponen acciones para elevar la fidelidad mediante esquemas LES/DES, migrar a 3D transitorio con y⁺ ≈ 1, y evaluar variantes con skid block y strakes, integrando el paquete completo dentro de restricciones F-SAE® 2025.
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Contenido
- RESUMENp. 5
- ABSTRACTp. 6
- LISTA DE IMÁGENESp. 9
- LISTA DE TABLASp. 11
- CAPÍTULO 1p. 12
- ALCANCE Y OBJETIVOS DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓNp. 12
- INTRODUCCIÓNp. 12
- OBJETIVOSp. 12
- Objetivo generalp. 12
- Objetivos específicosp. 12
- CAPÍTULO 2p. 13
- MARCO TEÓRICOp. 13
- CONSIDERACIONES TEÓRICASp. 13
- Conceptos Físicosp. 13
- Ecuaciones de Navier–Stokesp. 20
- Teoría Aplicadap. 26
- Conceptos teóricos del malladop. 41
- Aspectos técnicos de la competenciap. 46
- ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOSp. 49
- Aerodinámica de Difusores en Vehículos de Competiciónp. 49
- Aplicación de CFD en Diseño Aerodinámicop. 50
- Estudios Relacionados con el Cuerpo de Ahmed y Geometrías Simplificadasp. 53
- Relevancia de los Reglamentosp. 55
- Implicaciones de los antecedentesp. 55
- CAPÍTULO 3p. 55
- METODOLOGÍAp. 55
- GEOMETRÍAp. 55
- MALLAp. 62
- SIMULACIÓNp. 64
- CAPÍTULO 4p. 64
- ANÁLISIS DE RESULTADOSp. 64
- RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE CONVERGENCIA DE MALLAp. 64
- RESULTADOS DE LAS SIMULACIONESp. 65
- VISUALIZACIONESp. 65
- CONCLUSIONESp. 73
- CAPÍTULO 6p. 75
- RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTUROp. 75
- MODELADO Y SIMULACIÓN DE TURBULENCIAp. 75
- EVALUACIÓN DE CONFIGURACIONES 3D DEL DIFUSORp. 76
- INTEGRACIÓN DEL PAQUETE AERODINÁMICO COMPLETOp. 78
- OBJETIVO Y MÉTRICAS DE DESEMPEÑOp. 78
- CIERREp. 78
- BIBLIOGRAFÍAp. 79
- fórmula. [3]p. 14
- Imagen 2. Espectros de métricas de malla de skewness y orthogonal quality. [5]p. 14
- (drag), downforce (lift negativo), potencia (power) y agarre (grip). [12]p. 19
- Imagen 4. Distribución de velocidad cerca de una pared sólida [14]p. 24
- capa límite de placa plana [13]p. 25
- capa amortiguadora (5-30) y capa de ley logarítmica (30-500). Capa exterior (derecha). [20]p. 26
- en estos se devuelve a alguno de los anteriores pasos. [21]p. 28
- Imagen 8. Campo de velocidad del viento para el modelo de turbulencia RANS. [22]p. 31
- Imagen 9. Campo de velocidad del viento para el modelo de turbulencia URANS. [22]p. 31
- Imagen 10. Campo de velocidad del viento para el modelo de turbulencia DDES. [22]p. 32
- Imagen 11. Campo de velocidad del viento para el modelo de turbulencia LES. [23]p. 33
- y en 3D [36]p. 42
- Imagen 13. Diferentes tipos de celdas/elementos para las mallas. [37]p. 42
- (derecha). [38]p. 43
- Imagen 15. Ejemplo de una malla tipo hexcore para un perfil de un alerón 2D. [40]p. 43
- Imagen 16. Ejemplo de una malla tipo polyhedral para un perfil de un alerón 2D. [40]p. 44
- Imagen 17. Ejemplo de una malla tipo tetrahedral para un perfil de un alerón 2D. [40]p. 45
- Imagen 18. Ejemplo de una malla tipo poly-hexcore para un perfil de un alerón 2D. [40]p. 46
- vehículos deben de ser Open Wheel (llantas descubiertas). [44]p. 48
- el vehículo. [44]p. 48
- Imagen 22. Vista lateral del modelo 3D del vehículo Fórmula SAE®p. 56
- Imagen 23. Croquis de la vista lateral del vehículop. 57
- Imagen 24. Modelo 2D del vehículo sin difusorp. 57
- Imagen 25. Modelo 2D del vehículo con difusor de 5°p. 58
- Imagen 26. Modelo 2D del vehículo con difusor de 7°p. 58
- Imagen 27. Modelo 2D del vehículo con difusor de 10°p. 58
- Imagen 28. Modelo 2D del vehículo con difusor de 15°p. 58
- Imagen 29. Modelo 2D del vehículo con difusor de 20°p. 59
- Imagen 30. Modelo 2D del vehículo con difusor de 22.28° (máximo ángulo disponible)p. 59
- Imagen 31. Enclosure para realizar la mallap. 59
- Imagen 32. Vista de detalle de los body of influence 2 y 3p. 60
- Imagen 33. Enclosure general en términos de L (longitud del vehículo) en 3D. [52]p. 60
- Imagen 34. Medidas del enclosure generalp. 61
- Imagen 35. Altura entre el suelo del vehículo y el suelo del enclosurep. 61
- Imagen 36. Medidas de la elipse (body of influence 1)p. 61
- Imagen 37. Medidas del body of influence 2p. 62
- Imagen 38. Medidas del body of influence 3p. 62
- Imagen 39. Malla 1p. 63
- Imagen 40. Vista de detalle del vehículo de la malla 1p. 63
- Imagen 41. Vista de detalle del suelo de la malla 1p. 63
- Imagen 42. Contorno de presiones del vehículo sin difusorp. 66
- Imagen 43. Contorno de velocidades del vehículo sin difusorp. 66
- Imagen 44. Contorno de presiones del vehículo con difusor de 5°p. 67
- Imagen 45. Contorno de velocidades del vehículo con difusor de 5°p. 67
- Imagen 46. Contorno de presiones del vehículo con difusor de 7°p. 68
- Imagen 47. Contorno de velocidades del vehículo con difusor de 7°p. 68
- Imagen 48. Contorno de presiones del vehículo con difusor de 10°p. 69
- Imagen 49. Contorno de velocidades del vehículo con difusor de 10°p. 69
- Imagen 50. Contorno de presiones del vehículo con difusor de 15°p. 70
- Imagen 51. Contorno de velocidades del vehículo con difusor de 15°p. 70
- Imagen 52. Contorno de presiones del vehículo con difusor de 20°p. 71
- Imagen 53. Contorno de velocidades del vehículo con difusor de 20°p. 71
- Imagen 54. Contorno de presiones del vehículo con el máximo difusor posiblep. 72
- Imagen 55. Contorno de velocidades del vehículo con el máximo difusor posiblep. 72
- Imagen 56. Modelo 3D del vehículo con el difusor de 7°p. 76
- Imagen 57. Modelo 3D del vehículo con el difusor de 7° y un skid blockp. 77
- de airep. 77
- Tabla 1. Ecuaciones que rigen el flujo de un fluido newtoniano compresible [13]p. 20
- Tabla 3. Resultados obtenidos en el artículo publicado por Guerrero, Castilla y Eid [45]p. 50
- Tabla 4. Resultados obtenidos por Porcar Galán en su tesis [47]p. 50
- Tabla 5. Resultados obtenidos por Mejía en su tesis [48]p. 51
- a la configuración de 10° a 40 mm de altura [48]p. 51
- a diferentes ángulos [49]p. 52
- ángulo constante [49]p. 52
- Tabla 9. Resultados del análisis 3D realizado por Flórez [49]p. 53
- Tabla 10. Resultados obtenidos por Galeano y Aguirre en su tesis [50]p. 53
- alerones y nosecones [51]p. 54
- Tabla 12. Resultados finales obtenidos por Chaves y Londoño en su tesis [51]p. 54
- Tabla 13. Dimensiones del enclosure a utilizarp. 61
- Tabla 15. Valores de la capa límitep. 63
- mallap. 62
- Tabla 17. Valores empleados para realizar las simulacionesp. 64
- Tabla 18. Desviaciones porcentuales entre los resultados de las mallasp. 65
- Tabla 20. Comparación porcentual del ángulo de 7° frente a otras configuracionesp. 73
- Tabla 21. Comparación del difusor óptimo con trabajos de referenciap. 75