ブルゴーニュの走り書き

皆生トライアスロン、関西シクロクロス。通勤ラン、通勤バイクなんかも語っちゃえ!

ボトルマウント位置による空気抵抗削減効果のCFDシミュレーション

バイクボトルによって空気抵抗をいかに減らすか

近年Ironmanで話題になっていますがslowtwitchで興味深い記事をみつけました

 

 

forum.slowtwitch.com

 

あくまでCFDシミュレーションの結果なのでどこまで信ぴょう性があるか

考える余地はありますが参考になります

 

(リンク先のslowtwitchより画像転載)

 

フロントボトルについては1本でも2本でも大きな差異がありません

 

ノーマルの状態でCdA 0.222m²

ボトルを取り付けても最大CdA 0.216m²

 

数値が小さいほど空気抵抗が少ないのですが、同じ姿勢で180km走る訳ではないですし

ちょっと上体起こしたり腕の位置で数値はすぐに変わります

 

(リンク先のslowtwitchより画像転載)

 

リアボトルについても同じで最大に空気抵抗を詰めても

CdA 0.216m²どまり

 

BTSを使わずにバイクパンツの後ろに挿すのが一番効果的なのね

 

f:id:kus110:20251029102632p:image

 

さて、ここからが私の考察です

フロントとリアを合わせるとCdA 0.012m²の空気抵抗削減になると理解しましたが

これが実走にどれくらい影響するもんでしょうか???

 

そこでAIに訊いてみたら5w差になるらしい(驚)

文系の自分には理解できませんが、この計算式あってますかね?

 

ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

前提条件と計算の枠組み

CdA(空気抵抗係数と前面投影面積の積)が$0.012 \text{m}^2$削減された場合のワット数削減効果を計算するには、走行速度(または元のCdA)がわかっている必要があります。なぜなら、空気抵抗による損失パワー($P_{\text{aero}}$)は、速度($v$)の3乗に比例するからです。

$$P_{\text{aero}} = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot \text{CdA} \cdot v^3$$

ここで、$\rho$は空気密度(一般的に$1.225 \text{kg/m}^3$)です。

しかし、質問では「自転車を$200 \text{W}$で漕ぐ」という条件が与えられています。この$200 \text{W}$は、空気抵抗によるパワー($P_{\text{aero}}$)だけでなく、**転がり抵抗**によるパワー($P_{\text{roll}}$)や**勾配抵抗**によるパワー($P_{\text{grade}}$)も含めた**総出力**であるため、まず$200 \text{W}$で走行しているときの速度を推定する必要があります。


 

🚴 $200 \text{W}$走行時の速度推定

 

ここでは、平坦路を一定速度で走行していると仮定し、一般的なロードバイクとライダーのパラメータを用います。

パラメータ 記号 標準的な値
総質量(ライダーと自転車) $m$ $75 \text{kg}$
転がり抵抗係数 $C_{\text{rr}}$ $0.004$
元のCdA(一般的なブラケットポジション) $\text{CdA}_{\text{old}}$ $0.300 \text{m}^2$
空気密度 $\rho$ $1.225 \text{kg/m}^3$
重力加速度 $g$ $9.81 \text{m/s}^2$

総出力($P_{\text{total}}$)は以下の式で表されます。平坦路(勾配抵抗$P_{\text{grade}}=0$)と仮定します。

 

$$P_{\text{total}} = P_{\text{aero}} + P_{\text{roll}}$$
$$P_{\text{total}} = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot \text{CdA}_{\text{old}} \cdot v^3 + C_{\text{rr}} \cdot m \cdot g \cdot v$$

$200 \text{W}$の出力を代入し、速度$v$を解きます。

$$200 = \frac{1}{2} \cdot 1.225 \cdot 0.300 \cdot v^3 + 0.004 \cdot 75 \cdot 9.81 \cdot v$$
$$200 \approx 0.18375 \cdot v^3 + 2.943 \cdot v$$

この三次方程式を解くと、速度$v$は$\approx 8.79 \text{m/s}$($31.6 \text{km/h}$)となります。


 

📉 ワット数削減効果の計算

 

速度$v \approx 8.79 \text{m/s}$における、$\text{CdA}$の削減量 $\Delta \text{CdA} = 0.012 \text{m}^2$に対応するパワー削減量($\Delta P$)を計算します。

$$\Delta P = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot (\Delta \text{CdA}) \cdot v^3$$
$$\Delta P = \frac{1}{2} \cdot 1.225 \cdot (0.012) \cdot (8.79)^3$$
$$\Delta P \approx 0.00735 \cdot 679.5$$
$$\Delta P \approx 4.99 \text{W}$$

この計算に基づくと、**約 5 W**のワット数抑制効果が見込めます。

ーーーーーーーーーーーーーーー

 

ん~読んでも理解不能です

でも、平均5Wも違うならやる価値あります

 

昨日のworkout

ノートレ

 

ちょっと困ったことがあり凹んでいます

今日は心と体の休養にしました

風邪を完治させるには良い判断です