Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het...

67
Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b a Faculteit Bouwkunde, Technische Universiteit Eindhoven, Nederland b Departement Burgerlijke Bouwkunde, KU Leuven, België

Transcript of Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het...

Page 1: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b

a Faculteit Bouwkunde, Technische Universiteit Eindhoven, Nederland b Departement Burgerlijke Bouwkunde, KU Leuven, België

Page 2: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Welke daalhouding is het meest aerodynamisch?

Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas Andrianne c, Thierry Marchal d

a Department of the Built Environment, Eindhoven University of Technology, The Netherlands b Department of Civil Engineering, KU Leuven, Belgium

c Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Liège, Belgium d ANSYS International

Page 3: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 4: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Different professional cyclists use very different hill descent positions

indicating there is no consensus on which is best. Which hill descent

position is most aerodynamic?

Page 5: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

. Why this study?

• Tour de France, Edition 2016, Stage 8, Descent of the Peyresourde

Page 6: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

. Why this study?

• Tour de France, Edition 2016, Stage 8, Descent of the Peyresourde

Page 7: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

. Why this study?

• Tour de France, Edition 2016, Stage 8, Descent of the Peyresourde

• Top cyclist Chris Froome (team Sky) assumed a very particular position, won the

race, and took the prestigious yellow jersey.

Page 8: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 9: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Different hill descent positions

• Different professional cyclists use very different hill descent positions.

Page 10: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Different hill descent positions

• Different professional cyclists use very different hill descent positions.

• There is at present (2017) no consensus in the peloton on which position is really

superior.

Page 11: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Different hill descent positions

• Different professional cyclists use very different hill descent positions.

• There is at present (2017) no consensus in the peloton on which position is really

superior.

• Most cyclists did not test many different positions, for example in wind tunnels, to find

which position would give them the largest advantage.

Page 12: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Different hill descent positions

• Different professional cyclists use very different hill descent positions.

• There is at present (2017) no consensus in the peloton on which position is really

superior.

• Most cyclists did not test many different positions, for example in wind tunnels, to find

which position would give them the largest advantage.

• This project: two different and independently applied research methods, wind-

tunnel testing and CFD simulations, to investigate which cyclist hill descent position is

aerodynamically superior.

Page 13: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Different hill descent positions

• Different professional cyclists use very different hill descent positions.

• There is at present (2017) no consensus in the peloton on which position is really

superior.

• Most cyclists did not test many different positions, for example in wind tunnels, to find

which position would give them the largest advantage.

• This project: two different and independently applied research methods, wind-

tunnel testing and CFD simulations, to investigate which cyclist hill descent position is

aerodynamically superior.

• Comments on safety and power generation.

Page 14: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Different hill descent positions

• Different professional cyclists use very different hill descent positions.

• There is at present (2017) no consensus in the peloton on which position is really

superior.

• Most cyclists did not test many different positions, for example in wind tunnels, to find

which position would give them the largest advantage.

• This project: two different and independently applied research methods, wind-

tunnel testing and CFD simulations, to investigate which cyclist hill descent position is

aerodynamically superior.

• Comments on safety and power generation.

• Some of the results are counter-intuitive.

Page 15: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

• 4 models, scale: ¼

Page 16: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

Page 17: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

Page 18: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

Page 19: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

Page 20: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

Page 21: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

• 4 models, scale: ¼ • Cyclist model on force balance • Wind speed U = 54 km/h x 4 = 216 km/h, turbulence intensity TI = 0.2%

Page 22: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Wind tunnel tests

• 4 models, scale: ¼ • Cyclist model on force balance • Wind speed U = 54 km/h x 4 = 216 km/h, turbulence intensity TI = 0.2%

Page 23: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

• Dimensions in mm • Elevated platform to reduce boundary layer height • Cyclist full-scale height and weight: 189 cm & 84 kg • Blockage ratio < 3 % but corrections needed • Wheels fixed • Boundary-layer height (model-scale): 6 cm

Wind tunnel tests

Page 24: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

• Results in CdA (m²):

Wind tunnel tests

FD = Drag force (N)

A = Frontal area (m²)

CD = Drag coefficient (-)

= Air density (kg/m³)

U = Relative air speed (m/s)

Page 25: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

• Results in CdA (m²):

Wind tunnel tests

Page 26: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: first: for the four geometries tested in the wind tunnel

Page 27: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

• Uniform inlet velocity: U = 15 m/s (= 54 km/h) • Uniform inlet turbulence intensity: TI = 0.2%

Boundary conditions

Page 28: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Computational grids

Page 29: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 30: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

20 micrometer cells

Page 31: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Computational grids

• Total cell count: 32 x106 - 38 x106 • yP = 20 μm (micrometer)

y* 1 • Prismatic cells near walls • Cell size away from surfaces: tetrahedral cells

Page 32: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: results

Page 33: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: results

Page 34: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: results

Page 35: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Results in terms of drag area

FD = Drag force (N)

A = Frontal area (m²)

CD = Drag coefficient (-)

= Air density (kg/m³)

U = Relative air speed (m/s)

Page 36: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Results in terms of drag area

Page 37: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: More geometries

Page 38: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: More geometries

Page 39: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: More geometries

Page 40: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: More geometries

Page 41: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: More geometries

Page 42: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: More geometries

Page 43: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: More geometries

Page 44: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: Overall ranking – regular road race

Page 45: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 46: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 47: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 48: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 49: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 50: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 51: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 52: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 53: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 54: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 55: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 56: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: Overall ranking – individual time trial

Page 57: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: Overall ranking – individual time trial

Page 58: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: Overall ranking – individual time trial

Page 59: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: Overall ranking – individual time trial

Page 60: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

CFD simulations: time differences

For a descent of D = 5 km with an average speed of 72 km/h (= 20 m/s)

Page 61: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas
Page 62: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Linked In post:

Page 63: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Which position is most aerodynamic?

A B C

D E C

Page 64: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

Which position is most aerodynamic?

A B C

D E C

Page 65: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

D E C

Page 66: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas

• Aerodynamic drag can be analyzed with wind-tunnel tests and CFD simulations

• Large differences in aerodynamic drag between different positions.

• Infamous “Froome position” of the Tour 2016 is not faster, not safer and does not allow more power generation than other positions.

Page 67: Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? - KIVI · 2017-10-10 · Welke daalhouding is het meest aerodynamisch? Bert Blocken a,b, Thijs van Druenen a, Yasin Toparlar a, Thomas