मैं ऊंचाई में परिवर्तन के साथ एक ज्ञात मार्ग के साथ सौर कार की बिजली की खपत की दर की गणना कैसे कर सकता हूं?

Question

मैं डिजाइनिंग और सौर ऊर्जा से चलने वाली कार बनाने पर काम कर रहा हूं सोलर कार चैलेंज । कार को डलास, TX से मिनियापोलिस, 5 दिनों में MN (एक दिन में ड्राइविंग के ~ 5 घंटे) से पीछे की सड़कों पर दौड़ना होगा। मेरी टीम अभी भी नियोजन / अवधारणा पीढ़ी के चरण में है और मैं सौर सरणी को डिजाइन करने का प्रभारी हूं। डिजाइनिंग शुरू करने के लिए, मुझे पहले यह जानना होगा कि कार प्रति घंटे कितनी बिजली की खपत करेगी।

मेरी पाठ्यपुस्तक $ $ P_ {w} = F_ {foward} v = (F_ {रोल} + F_ {air}) v $$ जहां $ F_ {रोल} = \ mu_ [r}} mg के रूप में एक कार की बिजली की खपत देती है $ और $ F_ {हवा} = (1/2) C_ {d} A \ rho v ^ 2 $। मैं 0.017 का रोलिंग प्रतिरोध गुणांक मान रहा हूं, 42 का ड्रैग गुणांक, और कार का अनुमानित द्रव्यमान और ललाट क्षेत्र क्रमशः 275 किलोग्राम और 2.45 मीटर $ ^ 2 $ है। मैंने सोचा था कि न्यूनतम आवश्यक गति $ v $ का अनुमान लगाने का एक अच्छा तरीका विभिन्न मार्गों पर मार्ग (हाईवे और टोल रोड से बचने के लिए) के साथ मार्ग के Google मैप को प्राप्त करना होगा और इसे ऊपर के सूत्र में प्लग करना होगा।

का उपयोग करते हुए इस उन्नयन खोजक, मैं ~ 27,000 अंकों के लिए एक निश्चित दूरी पर ऊंचाई प्राप्त करने और एक्सेल में डेटा निर्यात करने में सक्षम था। अगर मैं सही तरीके से समझूं, तो $ V (t) $ $ $ V (t) = \ frac {\ left (\ sum _ {n = 1}} {27298} \ sqrt {dx ^ 2 + dy ^ 2 द्वारा दिया जाएगा } \: \ right)} {dt} $ $

जहां $ dx $ क्षैतिज दूरी में परिवर्तन है, $ dy $ ऊंचाई में परिवर्तन है, और $ dt $ समय में परिवर्तन है। मेरे पास डेटा है और मेरे पास समीकरण है, लेकिन मुझे यकीन नहीं है कि इसे किसी ऐसी चीज में कैसे परिवर्तित किया जाए, जिसे एक्सेल मेरी गति प्राप्त करने के लिए उपयोग कर सके।

यहाँ सभी डेटा बिंदुओं की स्प्रेडशीट है।

Comments

यदि यह काम या स्कूल के लिए एक असाइनमेंट है, तो हमें कार्य विवरण / समस्या बयान देना यह स्पष्ट करने का सबसे आसान तरीका हो सकता है कि आप क्या हासिल करना चाहते हैं।

— Air

@ उसके बारे में क्षमा करें; अधिक जानकारी शामिल करने के लिए मैंने इसे संपादित किया है।

— Sameer

अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए वाहन के लिए 0.42 Cd बहुत अधिक है। 0.3 की तरह अधिक प्राप्त किया जाना चाहिए। | ऊर्ध्वाधर ऊंचाई ऊर्जा = मेघ और शक्ति की आवश्यकता = मेघ / टी। जैसे 1 घंटे में 100 मीटर आरोही 300 किग्रा वाहन - पावर = एमएचजी / टी = 300 x 9.8 x 100/3600 ~ = 82 वाट। | बेशक आप मोटर को ट्रेन नुकसान और पैनल को मोटर और पैनल को मोटर से बैटरी के लिए ड्राइव करेंगे।

— Russell McMahon

गूगल मैप्स के साथ ऊंचाई गलत है।

— kaushik gandhi

@RussellMcMahon 0.3 की एक सीडी बहुत अधिक है। एक विशिष्ट सौर कार में Cd & lt होगा; एक पवन सुरंग में मापा गया 0.08।

— DLS3141

Answer 1

ऐसा होने से पहले जब मैं सौर कार टीम में कॉलेज में था, सनराईस '97 और '99 के लिए कारों की डिजाइनिंग और निर्माण, मैं आपको बताता हूं कि आप सही रास्ते पर हैं, लेकिन आपको एक सरल डेटासेट के साथ शुरुआत करनी होगी ।

एक मूल ग्रेड की तरह कुछ का विश्लेषण करने के साथ शुरू करें, कुछ ऐसा जिसे आप हाथ की गणना का उपयोग करके जांच सकते हैं (वे अभी भी उस सामान को सिखाते हैं, सही?) फिर इसे बड़े और बड़े डेटा सेटों तक विस्तारित करें। इसी तरह आपको अधिक से अधिक जटिल मॉडल बनाते हुए क्षमता (एरियर, बैटरी, ड्राइवलाइन, ड्राइव) के लिए शर्तें जोड़ने की आवश्यकता होगी। आपको पुनर्योजी ब्रेकिंग और समुद्र तट की संभावना के माध्यम से एक निश्चित मात्रा में बिजली की वसूली के लिए भी अनुमति देनी होगी।

शुरू करने के लिए, मैंने देखा कि आपके पास केवल एक वेग है, $ v $, जिसे मैं जमीन के सापेक्ष वेग होने के लिए लेता हूं। आप वहां शुरू कर सकते हैं, लेकिन वायुगतिकीय शब्द उस गति के सापेक्ष हैं जिस पर कार के शरीर पर हवा बहती है। आपका मॉडल काम करेगा, लेकिन केवल पूरी तरह से अभी भी हवा के लिए।

मुझे उम्मीद है कि आपकी कार का $ C_d $ 0.42 से बहुत कम है, मुझे सॉफ़्टवेयर विश्लेषण में हमारी टीम की '99 की 0.17 कार के लिए एक लक्ष्य याद है (यह वास्तविकता में अधिक होगा, लेकिन अगर यह 0.42 है, तो आप इसे गलत कर रहे हैं। ) आपको एक्सिस फ्लो के लिए ड्रैग गुणांक भी विकसित करना चाहिए क्योंकि वास्तविक दुनिया में वाहन बॉडी पर प्रवाह लगभग अक्ष पर नहीं होगा।

जैसा कि आपका मॉडल विकसित होता है, आपको अपने परीक्षण कार्यक्रम के परिणामों का उपयोग करके इसे परिष्कृत करना होगा, जो कि, भाग में, वास्तविक डेटा के आधार पर आपके मॉडल के लिए इनपुट विकसित करने की आवश्यकताओं की पूर्ति करना चाहिए। यदि आप कर सकते हैं, तो कुछ वायु सुरंग मॉडलिंग करें, वायुगतिकीय भार पर एक हैंडल प्राप्त करने के लिए अधिमानतः पूर्ण पैमाने पर और वे कैसे भिन्न होते हैं। प्रतिस्पर्धात्मक होने के लिए आपको जिस गति से जाने की जरूरत है, वह आपकी शक्ति के थोक में वायुगतिकीय प्रतिरोध से लड़ने में खर्च होगी।

स्कूल में ऐसा कुछ भी नहीं है जो आपकी कार को अपने मॉडल के रूप में प्रदर्शन करते हुए देखने के लिए संतोषजनक हो, लेकिन कुछ भी नहीं बल्कि सरणी पावर पर गति सीमा पर सड़क गाते हुए। आपका मॉडल कभी भी संपूर्ण नहीं होगा, लेकिन आप करीब पहुंच सकते हैं।

Comments

हाँ, पुनरावृत्त डिजाइन जाने के रास्ते की तरह लगता है, छोटी, अधिक स्वीकार्य समस्याओं के साथ शुरू होता है और पूरी तस्वीर तक अपना रास्ता काम करता है। खासकर छात्रों की एक टीम के लिए।

— Air

व्यापक उत्तर के लिए धन्यवाद! मुझे एहसास है कि मेरी $ C_d $ एक सौर कार के लिए उच्च है; मैंने वास्तविक कार पर कम मूल्य होने की प्रत्याशा में अधिकता के लिए उच्च मूल्य उठाया था। अब मैं देख रहा हूं कि यह करने का सही तरीका नहीं है।

— Sameer

0.42 वास्तव में बहुत अधिक है, शायद ट्रैक्टर ट्रेलर या इससे भी बदतर। मेरा सुझाव है कि आधे से कुछ के साथ शुरू करने के लिए।

— DLS3141

Answer 2

मुझे लगता है कि मूल बातों से गणना करना बहुत जटिल होने वाला है, जैसा कि आप प्रयास कर रहे हैं। आप एक स्थिर गति नहीं मान सकते हैं; रोलिंग प्रतिरोध सड़क की सतह की प्रकृति, ढाल पर निर्भर करेगा और सड़क की सतह कितनी गीली है ’और वायु प्रतिरोध हवा की गति और दिशा पर निर्भर करेगा। आपकी गणना में अनिश्चितता वास्तविकताओं को बदल देगी।

इसके बजाय, ASAP सड़क पर एक परीक्षण वाहन प्राप्त करें और मिनट विस्तार से इसकी ऊर्जा खपत की निगरानी करें। एक जीपीएस लॉगर, अल्टीमीटर, एक्सेलेरोमीटर और विस्तृत इंजन माप का उपयोग करें, यह गणना करने के लिए कि कार की बिजली की खपत गति, ढाल, सड़क की सतह की स्थिति और वाहन के द्रव्यमान के साथ कैसे भिन्न होती है। फिर अपने अनुमान के लिए उस अनुभवजन्य डेटा का उपयोग करें।

लेकिन मुझे नहीं लगता कि इससे इतना फर्क पड़ेगा, क्योंकि आपका जवाब वही होगा, जो भी संख्याएँ कहेंगे:

वाहन को यथासंभव हल्के और उतने ही वायुगतिकीय होने की आवश्यकता होगी, जितना कि उच्च दक्षता वाले कम वजन वाले पीवी में कवर की गई ऊपर की ओर सतह वाहन सुरक्षा से समझौता किए बिना संभव हो। (एनबी, जो कार की सतह पर होना चाहिए, न कि कार के ऊपर कुछ पीवी सरणी छत - वायुगतिकी के बारे में सोचो!)। तो आपको कार बॉडी के ऊपर रखी गई सेल के कस्टम सरणी के बारे में सोचना चाहिए, न कि ऑफ-द-शेल्फ पीवी पैनल।

ऐसा इसलिए है क्योंकि इसके सर्वश्रेष्ठ होने का अनुमान केवल $ 1000W / m ^ 2 $ है, और यह मध्य-दिवस पर है। और आपको पीवी नहीं मिलेगा जो 22% से अधिक कुशल है। आप बस खेलने के लिए बहुत अधिक सतह क्षेत्र नहीं रखने वाले हैं, और आपको हर अंतिम जुले को बाहर निकालना होगा।

Comments

हाँ, यह बहुत समझ में आता है, धन्यवाद। क्या आपके पास सौर सेल प्राप्त करने के लिए कोई सिफारिशें हैं? जैसा कि आप कल्पना कर सकते हैं, हम बजट पर काफी सीमित हैं।

— Sameer

Answer 3

निश्चित नहीं है कि यह दृष्टिकोण आपके लिए आवश्यक प्रारूप में है, लेकिन यह मदद कर सकता है। $ उंचाई $ के हिसाब से ऊपर जाने के लिए जरूरी काम है

$$ डब्ल्यू = MGY $$

जहाँ $ m $ द्रव्यमान है और $ g $ गुरुत्वाकर्षण त्वरण है। द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण को स्थिर मानते हुए, हम इस समीकरण को प्राप्त करने के लिए समय के साथ अलग कर सकते हैं:

$ $ \ _ {W} = mg \ frac {डाई} {dt} $ $

हम इसे फिर से लिखने के लिए चेन नियम का भी उपयोग कर सकते हैं

$ $ \ _ {W} = mg \ frac {डाई} {dx} \ frac {dx} {dt}%

जिसमें $ x $ क्षैतिज दूरी की यात्रा है। फिर, $ \ frac {dx} {dt} $ केवल वेग है, इसलिए समीकरण कम हो जाता है

$ $ \ _ {W} = mgv \ frac {डाई} {dx} $ $

आपके पास पहले से ही $ \ frac {dy} {dx} $ का डेटा है, इसलिए आप वेग को समाप्त कर सकते हैं और कुल बिजली खपत के लिए इस समीकरण को अपने पहले समीकरण में सम्मिलित कर सकते हैं:

$ $ P_w = (F_ {हवा} + F_ {रोल} + mg \ frac {डाई} {dx}) \ cdot v $$

Comments

यह सही लगता है, लेकिन मैं $ dx / dy $ के लिए क्या उपयोग करूंगा? समीकरण में जहां मैंने गति की गणना की, मैंने एक सारांश का उपयोग किया क्योंकि यह 1600 किमी के अंतराल पर इतनी बार बदलता है कि केवल एक व्युत्पन्न का उपयोग करना गलत होगा।

— Sameer

मैं आपके एक्सेल डेटा तक नहीं पहुंच सकता, लेकिन मुझे लगता है कि आपके पास $ (x_1, y_1), (x_2, y_2) $ में दूरी / ऊंचाई जोड़े हैं। उस स्थिति में आप $ \ frac {dy} {dx} $ के साथ $ \ frac {\ Delta y} {\ Delta x} $ का अनुमान लगा सकते हैं, जहाँ $ \ Delta y $ की गणना $ y_2-y_1 $ और $ \ द्वारा की जा सकती है डेल्टा x $ $ x_2-x_1 $ इत्यादि द्वारा

— Carlton

लेकिन डेल्टा वाई सकारात्मक या नकारात्मक हो सकता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि यह ऊपर की तरफ है या नीचे की ओर है, नहीं?

— Sameer

अंतिम समीकरण एक निश्चित समय पर आवश्यक शक्ति देता है। यदि आपको किसी दिए गए सड़क पथ के लिए गणना करने की आवश्यकता है, तो आप बस यह देख सकते हैं कि पथ के कुछ स्थानों पर यह शक्ति कैसे बदलती है। और आप एकीकृत कर सकते हैं और इस प्रकार सिमुलेशन कर सकते हैं। अच्छा विषय और अच्छा दृष्टिकोण।

— Gürkan Çetin

Answer 4

आपके प्रश्न में शामिल समीकरण केवल क्षैतिज दूरी (x और y) पर विचार करता है। आपको ढलान की दूरी (तीन आयामी दूरी: x, y और z) का उपयोग करने की आवश्यकता है क्योंकि ये वाहन द्वारा यात्रा की जाने वाली सच्ची दूरी होगी।

मान लें कि आपके डेटा स्प्रेडशीट में दूरियां हैं ढलान की लंबाई , शुरू और खत्म के बीच कुल ढलान दूरी देने के लिए सभी लंबाई योग। जब आप वाहन को चलाने की उम्मीद करते हैं, तो इसे कुल राशि से विभाजित करें। यह आपको आदर्श परिस्थितियों में, प्रतियोगिता के हर चरण के लिए आवश्यक औसत गति प्रदान करेगा।

स्प्रेडशीट में मौजूद डेटा से सड़क के प्रत्येक सेक्शन के ग्रेडिएंट की गणना करते हैं, जो स्टैड ग्रेडिएंट के सेक्शन को नोट करता है। यह संभवतः सबसे महत्वपूर्ण जानकारी होगी जो आप अपने स्प्रैडशीट में डेटा से प्राप्त कर सकते हैं। सड़क के निरंतर वर्गों को खोजने की कोशिश करें जहां ग्रेडिएंट लगभग स्थिर है और सड़क की स्थिति और सड़क ढाल के आधार पर ऐसे वर्गों के लिए आवश्यक औसत गति को समायोजित करें।

कुल ड्राइविंग समय का निर्धारण करते समय, के लिए भत्ते बनाएं:

• चालक विनिमय - मैं मान रहा हूं कि प्रत्येक चालक 2 से अधिक नहीं चलाएगा एक ताजा ड्राइवर द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने से 2.5 घंटे पहले।
• ड्राइविंग समय के दौरान अनुसूचित रखरखाव, यदि कोई हो।
• अनिर्धारित रखरखाव / मरम्मत।
• प्रत्येक पैर / चरण के लिए सड़क का ढाल और शक्ति पर इसका प्रभाव आवश्यकताओं।
• बाकी अवधि, यदि कोई हो
• मौसम और पर्यावरण का प्रभाव: सूर्य का अस्पष्ट बादल, बारिश, हवा, गर्मी, धूल।

आपको जिन अन्य चीजों पर विचार करना होगा, वे हैं:

• वाहन के प्रदर्शन पर हवा का प्रभाव, हेडविंड के साथ और पूंछ हवाओं जबकि पार हवाओं को पार करने में सहायक होता है।
• चालक की थकान पर हवा का प्रभाव।
• सड़क की हालत - गड्ढे, खुरदरे गड्ढे इत्यादि।
• वक्रों की वक्रता की त्रिज्या और वे गति पर कैसे प्रभाव डाल सकते हैं
• रेल रोड क्रॉसिंग का प्रभाव, जैसे खुरदरापन और पटरियों को पार करने में गतिज ऊर्जा और गति का नुकसान। इसके अलावा, करने के लिए ट्रेनों का इंतजार करें।
• जंगली या खेत जानवरों से टकराने की संभावना।

Comments

वास्तविक ड्राइविंग समय 8 घंटे है; मैंने कहा उन चीजों के लिए 5 लेखांकन। मुझे पूरी तरह से यकीन नहीं है कि आप सभी लंबाई के योगों से क्या मतलब है, क्या आपका मतलब सभी dx और डाई मूल्यों से है?

— Sameer

@ नाम: आपकी स्प्रैडशीट में कॉलम D लेबल है दूरी (किमी) । मैं स्तंभ का उल्लेख कर रहा हूं उस बिंदु से पिछले बिंदु तक की दूरी शामिल है। यदि ऐसा है, तो कुल दूरी प्राप्त करने के लिए कॉलम D में सभी मानों को जोड़ दें।

— Fred

@Sameer: स्टेला लक्स , इस वर्ष के विश्व सौर चैलेंज में डच प्रवेश (जल्द ही शुरू) यूरोपीय संघ में सड़क कानूनी है, 4 लोगों को ले जा सकता है & amp; समय परीक्षण में 90 किमी / घंटा की शीर्ष गति तक पहुँच गया। विश्व सौर चुनौती

— Fred