CFD Evaluation of Roof Fairing and Rear Tail Plate Add-Ons for Bus Aerodynamics

खुली सड़क पर, एक बस हवा के समुद्र को चीरती हुई एक विशाल, कुंद वस्तु की तरह होती है। जैसे-जैसे यह चलती है, हवा केवल बगल से फिसलती नहीं है; यह सामने की ओर दबाव डालती है, ऊपर से तेजी से गुजरती है, और पीछे छोड़े गए खाली स्थान को भरने के लिए संघर्ष करती है। यह संघर्ष 'एरोडायनामिक ड्रैग' (वायुगतिकीय खिंचाव) नामक एक बल पैदा करता है, जो एक अदृश्य हाथ की तरह वाहन को पीछे की ओर खींचता है। चलते रहने के लिए, इंजन को अधिक मेहनत करनी पड़ती है, जिससे अधिक ईंधन जलता है और वायुमंडल में अधिक कार्बन डाइऑक्साइड निकलती है। बसों जैसे बड़े वाहनों के लिए, जो अक्सर दर्जनों यात्रियों को ले जाते हैं, यह प्रतिरोध लागत का एक बड़ा कारण है, जो धन और पर्यावरणीय प्रभाव दोनों के रूप में होता है। दुनिया के कई हिस्सों में, विशेष रूप से इथियोपिया में, बसें अक्सर ट्रक चेसिस से यात्री बॉडी जोड़कर बनाई जाती हैं। हालांकि यह व्यावहारिक है, लेकिन इस पद्धति के परिणामस्वरूप अक्सर ऐसे वर्गाकार, आयताकार आकार बनते हैं जो हवा को काटने में बहुत खराब होते हैं। हवा सपाट सामने से टकराती है और पीछे की ओर अशांत भंवरों में फंस जाती है, जिससे वह ऊर्जा बर्बाद होती है जिसका उपयोग गति के लिए किया जा सकता था।

शोधकर्ता लंबे समय से जानते हैं कि इन आकारों को चिकना करने से मदद मिल सकती है। जिस तरह एक तैराक पानी में प्रतिरोध कम करने के लिए एक चिकनी टोपी पहनता है, उसी तरह वाहनों को ऐसे उपकरणों से सुसज्जित किया जा सकता है जो हवा को अधिक सुचारू रूप से निर्देशित करते हैं। इस अध्ययन ने इथियोपिया में उपयोग किए जाने वाले एक विशिष्ट, सामान्य बस मॉडल पर ध्यान केंद्रित किया और एक सीधा प्रश्न पूछा: क्या छत और बस के पिछले हिस्से में कुछ सरल बदलावों से ड्रैग को काफी कम किया जा सकता है? टीम ने इन विचारों का परीक्षण वास्तविक सड़क पर नहीं किया, बल्कि इसके बजाय एक शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। उन्होंने बस का एक डिजिटल संस्करण बनाया और उसे एक आभासी विंड टनल (वायु सुरंग) के भीतर रखा, जो एक गणितीय स्थान है जहाँ वे देख सकते थे कि विभिन्न गतियों पर वाहन के चारों ओर हवा कैसे बहती है। कंप्यूटर में बस के आकार को बदलकर—छत पर एक घुमावदार हिस्सा और पीछे एक सपाट प्लेट जोड़कर—वे सटीक रूप से माप सके कि हवा के पास से गुजरना कितना आसान हो गया।

शोधकर्ताओं ने दो मुख्य प्रकार के परिवतनों का परीक्षण किया। पहला था 'रूफ फेयरिंग' (छत का फेयरिंग), जो बस के ऊपर लगा एक घुमावदार ढांचा है जो एक हवाई जहाज के पंख के आकार की नकल करता है, विशेष रूप से NACA 0012 एयरफॉइल के एक डिज़ाइन का आधा हिस्सा। दूसरा था 'रियर टेल प्लेट' (पिछला टेल प्लेट), जो बस के पीछे एक हल्के कोण पर लगा एक सपाट पैनल है, जिसे वाहन के ऊपर से गुजरने के बाद हवा को अधिक सुचारू रूप से फिर से जुड़ने में मदद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने इन उपकरणों को विभिन्न आकारों और कोणों में आजमाया, और 60, 80 और 100 किलोमीटर प्रति घंटा की गति पर सिमुलेशन चलाया। लक्ष्य उस विशिष्ट संयोजन को खोजना था जो सबसे कम ड्रैग पैदा करेगा, जिससे बस को चलते रहने के लिए कम ईंधन की आवश्यकता होगी।

परिणामों ने दिखाया कि दोनों परिवतनों ने काम किया, लेकिन एक स्पष्ट रूप से बेहतर था। रूफ फेयरिंग सबसे प्रभावी उपकरण साबित हुआ। जब शोधकर्ताओं ने 0.5 मीटर की एक विशिष्ट लंबाई वाली रूफ फेयरिंग लगाई, और बस के अगले हिस्से को थोड़ा नया आकार दिया, तो ड्रैग नाटकीय रूप से गिर गया। 60 किलोमीटर प्रति घंटा की गति पर, ड्रैग लगभग 28 प्रतिशत कम हो गया। जैसे ही बस की गति बढ़कर 100 किलोमीटर प्रति घंटा हुई, यह कमी थोड़ी और बढ़ गई, जो लगभग 29 प्रतिशत तक पहुँच गई। रियर टेल प्लेट ने भी मदद की, लेकिन इसका प्रभाव कम था; अपने सर्वोत्तम विन्यास में भी, यह उच्चतम गति पर ड्रैग को केवल लगभग 25 प्रतिशत तक ही कम कर सका। सिमुलेशन से पता चला कि रूफ फेयरिंग ने हवा को बस के ऊपर लंबे समय तक जोड़े रखने का काम किया, जिससे उस अराजक भंवर को रोका जा सका जो आमतौर पर एक कुंद सतह से हवा अलग होने पर होता है।

ड्रैग में ये कमी सीधे वास्तविक दुनिया की बचत में बदल जाती है। क्योंकि बस को कम प्रतिरोध का सामना करना पड़ता है, इसलिए इंजन को उतनी मेहनत करने की आवश्यकता नहीं होती है। अध्ययन ने गणना की कि सर्वश्रेष्ठ रूफ फेयरिंग सेटअप के साथ, 100 किलोमीटर प्रति घंटा की गति से चलने वाली बस, बिना किसी संशोधन वाली मानक बस की तुलना में प्रति घंटे लगभग 10 लीटर ईंधन बचाएगी। 60 किलोमीटर प्रति घंटा की धीमी गति पर, बचत अभी भी प्रति घंटे 2 लीटर से अधिक के साथ महत्वपूर्ण थी। एक वर्ष की अवधि में, यह मानते हुए कि बस प्रतिदिन आठ घंटे चलती है, ये बचत हजारों लीटर डीजल के बराबर होती है। ईंधन के उपयोग में यह कमी कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन में भी भारी गिरावट लाती है। एक एकल बस के लिए जो रूफ फेयरिंग का उपयोग करती है, अध्ययन ने अनुमान लगाया कि यह उच्च गति पर सालाना 60 टन से अधिक कार्बन डाइऑक्साइड के उत्सर्जन को रोक सकती है, जो स्वच्छ हवा में सार्थक योगदान का प्रतिनिधित्व करता है।

शोधकर्ताओं ने सावधानीपूर्वक नोट किया कि ये संख्याएँ कंप्यूटर सिमुलेशन से आती हैं, न कि राजमार्ग पर एक भौतिक बस चलाने से। डिजिटल मॉडल की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए मौजूदा विंड टनल डेटा के विरुद्ध इसकी जाँच की गई थी, और परिणाम वही थे जो इंजीनियर देखने की उम्मीद करते हैं। हालांकि इस अध्ययन में हर संभव आकार या आकार का परीक्षण नहीं किया गया था, लेकिन इसने परीक्षण किए गए विकल्पों में से एक स्पष्ट विजेता की पहचान की: एक मामूली, 0.5-मीटर की घुमावदार रूफ फेयरिंग। यह निष्कर्ष बताता है कि इथियोपिया और समान क्षेत्रों में आम बॉक्सी (चौकोर) बसों के लिए, एक अपेक्षाकृत सरल और सस्ती संशोधन ईंधन दक्षता और पर्यावरणीय प्रभाव में बड़े सुधार ला सकती है। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि भले ही वाहनों को मूल रूप से एरोडायनामिक्स को ध्यान में रखकर नहीं बनाया गया हो, फिर भी उनके आकार में छोटे बदलाव उनके और उनके आसपास की हवा के बीच के व्यवहार में बड़ा अंतर पैदा कर सकते हैं।