Caracterización de la estela de un vehículo Hyperloop confinado y comparación con la estela en configuración de flujo libre

Abstract

[ES] El Hyperloop es un concepto de transporte terrestre que ha cogido popularidad en los últimos años como alternativa al transporte aéreo. La base del concepto es un vehículo similar a una cápsula que se desplaza en un entorno confinado como un tubo parcialmente despresurizado reduciendo de este modo la resistencia con el aire permitiendo de este modo unas velocidades mucho más altas de lo que podrían tener vehículos terrestres convencionales. Del mismo modo que existen unas ventajas muy claras también aparecen unos problemas, de los que destaca sobre todo la aerodinámica que resulta ser limitante debido a la naturaleza de un problema con flujo confinado. Aunque la inclusión de turbomaquinaria en el vehículo suaviza el problema de las velocidades excesivas en los intersticios entre el vehículo y el tubo, la misma turbomaquinaria crea ciertas incertidumbres que deben ser investigadas en mayor profundidad. El propósito de este trabajo en cuestión es estudiar mediante técnicas de fluidodinámica computacional (CFD) la estela del vehículo Hyperloop para definir los posibles efectos sobre vehículos que vayan a pasar después y puedan estar afectados por la misma. En el caso que nos encontramos la disipación de los torbellinos queda limitada debido a que el tubo se extiende en 1 única dirección. Los resultados se pretenden comparar con el caso en el que el vehículo se encuentra en flujo libre donde la disipación puede ocurrir en las 3 direcciones. El objetivo final es establecer un periodo temporal y/o espacial mínimo de seguridad para que 2 vehículos pasen sin verse afectados aerodinámicamente el uno por el otro. El cumplimiento de este intervalo mínimo mejoraría la eficiencia aerodinámica del vehículo, la eficiencia de la turbomaquinaria y facilitaría el trabajo de los controladores necesarios para controlar el tráfico de este tipo de vehículos.

[EN] Hyperloop is a concept of ground transportation that has gained popularity on the last few years as an alternative to air travel. The core of the concept is a vehicle in a shape of a capsule that travels through a closed environment such as a partially depressurized tube reducing this way air resistance or drag allowing for much higher speeds than conventional land vehicles. While there are clear advantages to this idea, there are also some challenges, with aerodynamics being a significant limitation due to the nature of confined flow. Although the inclusion of turbomachinery in the vehicle helps to reduce the issue of excessive speeds in the gaps between the vehicle and the tube, it also introduces uncertainties that need further investigation. The purpose of this study is to analyze the wake of the Hyperloop vehicle using computational fluid dynamics (CFD) techniques to try to understand its potential effects on subsequent vehicles that might be affected by the wake. In this specific case, vortex dissipation is limited due to the tube nature of extending in only one direction. The results will be compared with the same vehicle operating in free flow conditions where dissipation can occur in all three dimensions. The goal is to establish a minimum temporal and/or spatial safety interval for two vehicles to pass without being aerodynamically affected by each other. Meeting this minimum interval would improve the aerodynamic efficiency of the vehicle, the efficiency of the turbomachinery, and facilitate the work of controllers responsible for managing the traffic of such vehicles.