BE1026466B1 - Optimization of aerodynamics during competitive sports through the use of micro-vortex generators in a composition - Google Patents
Optimization of aerodynamics during competitive sports through the use of micro-vortex generators in a composition Download PDFInfo
- Publication number
- BE1026466B1 BE1026466B1 BE20185888A BE201805888A BE1026466B1 BE 1026466 B1 BE1026466 B1 BE 1026466B1 BE 20185888 A BE20185888 A BE 20185888A BE 201805888 A BE201805888 A BE 201805888A BE 1026466 B1 BE1026466 B1 BE 1026466B1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- air
- vortex generators
- speed
- athletes
- particles
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/0012—Galenical forms characterised by the site of application
- A61K9/0014—Skin, i.e. galenical aspects of topical compositions
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
Abstract
Toepassingen om de huidfrictie te verminderen gebruik makende van ‘vortex generatoren’ zijn nog niet gekend, en worden in deze aanvraag verder besproken. Deze kunnen commercieel benaderd worden als een dunne crème bestaande uit een olie-in-water emulsie die vortexgeneratoren bevat, met als merknaam NAQI Aero speed gel ®. Deze aanvraag beschrijft dus meer specifiek een samenstelling bestaande uit een olie-in-water emulsie die vortexgeneratoren bevat, waarvan de diameter van de partikels gelegen is tussen 250 µm en 1410 µm, en de dichtheid van de partikels varieert tussen 15% en 30%. Verder wordt het gebruik beschreven van deze crème om een afname in aerodynamische weerstand en bijgevolg een toename in de snelheid van atleten tijdens het beoefenen van verschillende sportdisciplines, te bekomen. Een bijkomend technisch effect dat aan deze toepassing toegeschreven kan worden, is een verbeterde koeling van het lichaam van de atleten binnen uiteenlopende sportdisciplines.Applications to reduce skin friction using "vortex generators" are not yet known, and are further discussed in this application. These can be approached commercially as a thin cream consisting of an oil-in-water emulsion containing vortex generators, with the brand name NAQI Aero speed gel ®. More specifically, this application describes a composition consisting of an oil-in-water emulsion containing vortex generators, the diameter of the particles of which is between 250 µm and 1410 µm, and the density of the particles varies between 15% and 30%. Furthermore, the use of this cream is described to achieve a decrease in aerodynamic resistance and consequently an increase in the speed of athletes during the practice of different sports disciplines. An additional technical effect that can be attributed to this application is an improved cooling of the athletes' body within various sports disciplines.
Description
Optimalisatie van de aërodynamica gedurende competitiesporten door gebruik van micro-vortex generatoren in een samenstellingOptimization of aerodynamics during competitive sports through the use of micro-vortex generators in a composition
TECHNISCH VELD VAN DE UITVINDINGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Toepassingen om de aerodynamische luchtweerstand bij overstroming van een lichaamsdeel te verminderen gebruik makende van 'vortex generatoren' zijn nog niet gekend, en worden in deze aanvraag verder besproken. Deze kunnen commercieel benaderd worden als een dunne crème bestaande uit een emulsie, een lipogel of een hydrogel die vortexgeneratoren bevat, met als merknaam NAQI Aero speed gel ®. Deze aanvraag beschrijft dus meer specifiek een samenstelling bestaande uit een emulsie, een lipogel of een hydrogel die vortexgeneratoren bevat, waarvan de diameter van de partikels gelegen is tussen 250 μm en 1410 μm, en de dichtheid van de partikels varieert tussen 15% en 30%.Applications to reduce the aerodynamic air resistance in case of flooding of a body part using 'vortex generators' are not yet known, and are further discussed in this application. These can be approached commercially as a thin cream consisting of an emulsion, a lipogel or a hydrogel containing vortex generators, with the brand name NAQI Aero speed gel ®. More specifically, this application describes a composition consisting of an emulsion, a lipogel or a hydrogel containing vortex generators, the diameter of the particles of which is between 250 μm and 1410 μm, and the density of the particles varies between 15% and 30% .
Verder wordt het gebruik beschreven van deze crème om een afname in aerodynamische weerstand en bijgevolg een toename in de snelheid van atleten tijdens het beoefenen van verschillende sportdisciplines, te bekomen.Furthermore, the use of this cream is described to achieve a decrease in aerodynamic resistance and consequently an increase in the speed of athletes during the practice of different sports disciplines.
Een bijkomend technisch effect dat aan deze toepassing toegeschreven kan worden, is een verbeterde koeling van het lichaam van de atleten binnen uiteenlopende sportdisciplines.An additional technical effect that can be attributed to this application is an improved cooling of the athletes' body within various sports disciplines.
ACHTERGROND VAN DE UITVINDINGBACKGROUND OF THE INVENTION
Binnen verschillende sporten, waaronder wielrennen in tijdritten en triatlonwedstrijden, kan vermindering in aerodynamische weerstand cruciaal zijn voor atleten om een goede tijd neer te zetten. Deze aerodynamische weerstand bestaat uit twee componenten, namelijk de luchtweerstand en de huidfrictie. Gekende toepassingen om deze luchtweerstand te verminderen en dus de snelheid van atleten te verbeteren, maken gebruik van uiteenlopende hulpmiddelen, zoals speciale helmen, aangepaste fietsen en sturen, en aangepaste kledij voor wielrenners.In various sports, including cycling in time trials and triathlon races, a reduction in aerodynamic resistance can be crucial for athletes to have a good time. This aerodynamic resistance consists of two components, namely the air resistance and the skin friction. Known applications to reduce this air resistance and thus improve the speed of athletes, make use of various aids such as special helmets, adapted bicycles and handlebars, and adapted clothing for cyclists.
Toepassingen om de luchtweerstand via de huid te verminderen gebruik makende van 'vortex generatoren' zijn nog niet gekend, en worden in deze aanvraag verder besproken. Deze kunnen commercieel benaderd worden als een dunne crème bestaande uit een emulsie, een lipogel of een hydrogel die vortexpartikels bevat, met als merknaam NAQI Aero speed gel ®. Een bijkomend technisch effect dat aan deze toepassing toegeschreven kan worden, is een verbeterde koeling van het lichaam van de atleten binnen uiteenlopende sportdisciplines.Applications to reduce air resistance through the skin using 'vortex generators' are not yet known, and are further discussed in this application. These can be approached commercially as a thin cream consisting of an emulsion, a lipogel or a hydrogel containing vortex particles, with the brand name NAQI Aero speed gel ®. An additional technical effect that can be attributed to this application is an improved cooling of the athletes' body within various sports disciplines.
Een verminderde aerodynamische weerstand kan cruciaal zijn voor atleten om een goede tijd neer te zetten in uiteenlopende sporttakken.A reduced aerodynamic resistance can be crucial for athletes to have a good time in a variety of sports.
- 2 BE2018/5888- 2 BE2018 / 5888
Bij het wielrennen moeten het lichaam en de fiets de lucht rondom wegduwen. Dit creëert een hogere druk voor en een lagere druk achter de wielrenner. Hierdoor oefent de lucht een nettokracht uit tegen het lichaam op de fiets. De wielrenner en fiets vormen een bepaald frontaal gebied ten opzichte van de lucht. Hoe groter dit frontaal gebied, des te meer lucht verplaatst moet worden en hoe groter de luchtweerstand. Daarom proberen wielrenners en fietsproducenten het frontale gebied zo goed mogelijk te minimaliseren. Tenslotte zijn er nog aspecten, zoals de gladheid van de kledij, de aerodynamische positie en de mate waarin de lucht laminair in plaats van turbulent stroomt rondom de wielrenner en de fiets, die verzameld zijn in een dimensieloze parameter, de zogenaamde luchtweerstandscoëfficiënt of Cd. De formule voor de aerodynamische luchtweerstand Fdrag (N) op een wielrenner is:When cycling, the body and the bicycle have to push the air around. This creates a higher pressure before and a lower pressure behind the cyclist. As a result, the air exerts a net force against the body on the bicycle. The cyclist and bicycle form a certain frontal area in relation to the sky. The larger this frontal area, the more air must be moved and the greater the air resistance. That is why cyclists and bicycle producers try to minimize the frontal area as well as possible. Finally, there are aspects such as the smoothness of the clothing, the aerodynamic position and the extent to which the air flows laminar instead of turbulent around the cyclist and the bicycle, which are collected in a dimensionless parameter, the so-called air resistance coefficient or Cd. The formula for aerodynamic air resistance Fdrag (N) on a cyclist is:
Fdrag(N) = 0,5 Cd A Rho V2 Fdrag (N) = 0.5 Cd A Rho V 2
Met A het frontaal gebied van de wielrenner in m2, Rho de luchtdichtheid in kg/m3, V de snelheid van de wielrenner in m/s en Cd de luchtweerstandscoëfficiënt.With A the frontal area of the cyclist in m 2 , Rho the airtightness in kg / m 3 , V the speed of the cyclist in m / s and Cd the air resistance coefficient.
De kracht Pcyciist (Watt) die aan de fietswielen overgebracht moet worden om de totale weerstandskracht Fresist (N) te overkomen met voorwaartse snelheid v is:The force Pcyciist (Watt) that must be transferred to the bicycle wheels to overcome the total resistance force Fresist (N) with forward speed v is:
P — p , ]ƒ r cyclist r resist v metP - p,] ƒ r cyclist r resist v with
F resist — F gravity + F rolling + F dragF resist - F gravity + F rolling + F drag
Fdrag is veruit de meest dominante kracht in deze vergelijking en als voorbeeld kan aangehaald worden dat, bij een snelheid van 50 km/u, 90% van de kracht van een wielrenner in een normale positie en onder normale omstandigheden gaat naar het overkomen van de luchtweerstand.Fdrag is by far the most dominant force in this comparison and it can be cited as an example that, at a speed of 50 km / h, 90% of the power of a cyclist goes in normal position and under normal circumstances to overcoming air resistance .
Zoals hierboven reeds aangehaald, hebben gekende toepassingen om de dimensieloze parameter, oftewel de luchtweerstandscoëfficiënt Cd van hierboven, te verminderen en dus de snelheid van atleten te verhogen, betrekking op de kledij en uitrusting van atleten. Deze luchtweerstand kan echter ook beïnvloed worden door de wrijvingscoëfficiënt van de lucht met de huid aan te passen. Hiervoor zou een crème die aangebracht wordt op aan de lucht blootgestelde ledematen, een oplossing kunnen bieden door zo de wrijving met de lucht te beïnvloeden.As already mentioned above, known applications to reduce the dimensionless parameter, i.e. the air resistance coefficient Cd from above, and thus increase the speed of athletes, relate to the clothing and equipment of athletes. However, this air resistance can also be influenced by adjusting the coefficient of friction of the air with the skin. A cream applied to limbs exposed to the air could provide a solution for this by influencing the friction with the air.
Een bijkomend gekend probleem bij atleten is de regeling van de lichaamstemperatuur tijdens sporten. Voornamelijk door convectie, warmtestraling en verdamping van zweet treedt er koeling van het menselijk lichaam op.An additional known problem with athletes is the regulation of body temperature during exercise. Mainly due to convection, heat radiation and evaporation of sweat, cooling of the human body occurs.
Bij een eerste koelingseffect kan door verdamping de temperatuur verlaagd worden, maar wanneer tegelijkertijd ook de luchtvochtigheid toeneemt, zal de verdampingssnelheid vertragen. Deze verdampingssnelheid kan wel wordenWith a first cooling effect, the temperature can be lowered by evaporation, but if the humidity also increases at the same time, the evaporation rate will slow down. This evaporation rate can be
- 3 BE2018/5888 opgedreven door de gevormde waterdamp direct weg te voeren van het lichaam zodat de lucht in contact met het lichaam niet verzadigd geraakt met waterdamp. Deze situatie geeft aan dat een goede omstroming van het lichaam met lucht extra koeling kan creëren.- 3 BE2018 / 5888 driven up by directing the formed water vapor away from the body so that the air in contact with the body does not become saturated with water vapor. This situation indicates that a good circulation of the body with air can create extra cooling.
Bij een tweede koelingseffect kan door convectie de temperatuur van het lichaam verlaagd worden. Verschillen in snelheid van de luchtlagen rondom het lichaam, zorgen voor stromingseffecten, die kunnen variëren van laminair tot turbulent, en de sterkte van koeling door convectie is rechtstreeks gecorreleerd met de snelheid van de lucht die het lichaam omgeeft.With a second cooling effect, the temperature of the body can be lowered by convection. Differences in velocity of the air layers around the body provide flow effects, which can vary from laminar to turbulent, and the strength of cooling by convection is directly correlated with the velocity of the air that surrounds the body.
Om zowel de koeling door verdamping als die door convectie zoals die hierboven beschreven zijn, te optimaliseren, kan opnieuw een samenstelling die de luchtstroming in de directe lagen rondom het lichaam bevordert, een oplossing bieden.To optimize both evaporative cooling and convection cooling as described above, a composition that promotes air flow in the direct layers around the body can provide a solution.
SAMENVATTING VAN DE UITVINDINGSUMMARY OF THE INVENTION
Deze aanvraag beschrijft een samenstelling bestaande uit een emulsie, een lipogel of een hydrogel die vortexpartikels bevat, waarvan de diameter van de partikels gelegen is tussen 250 μm en 1410 μm, en de dichtheid van de partikels varieert tussen 15% en 30%. Verder wordt het gebruik van een samenstelling beschreven bestaande uit een emulsie, een lipogel of een hydrogel met vortexpartikels met een grootte-orde en dichtheid zoals hierboven gespecifieerd, om een afname in aerodynamische weerstand en bijgevolg een toename in de snelheid van atleten tijdens het beoefenen van verschillende sportdisciplines, te bekomen. Ook het gebruik van een crème met een samenstelling zoals hierboven gespecifieerd, om een optimale regeling van de lichaamstemperatuur van atleten tijdens het beoefenen van sporten uit verschillende disciplines te bekomen, wordt beschreven.This application describes a composition consisting of an emulsion, a lipogel or a hydrogel containing vortex particles, the diameter of the particles of which is between 250 μm and 1410 μm, and the density of the particles varies between 15% and 30%. Further described is the use of a composition consisting of an emulsion, a lipogel or a hydrogel with vortex particles of an order of magnitude and density as specified above, in order to decrease aerodynamic resistance and, consequently, increase the speed of athletes while practicing. various sports disciplines. Also the use of a cream with a composition as specified above, in order to obtain an optimal regulation of the body temperature of athletes during the practice of sports from different disciplines, is described.
KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Onder specifieke verwijzing naar de figuren, wordt benadrukt dat de getoonde bijzonderheden enkel bij wijze van voorbeeld dienen en enkel voor de illustratieve bespreking van de verschillende uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. Zij worden voorgesteld met als doel het aanleveren van wat gezien wordt als de meest nuttige en dadelijke beschrijving van de principes en conceptuele aspecten van de uitvinding. In dit opzicht wordt niet geprobeerd om meer structurele details van de uitvinding te tonen dan noodzakelijk is voor een fundamenteel begrip van de uitvinding. De beschrijving in combinatie met de figuren maakt duidelijk voor de deskundigen in het vakgebied hoe de verschillende vormen van de uitvinding kunnen worden uitgevoerd in de praktijk.With specific reference to the figures, it is emphasized that the details shown are for exemplary purposes only and only for the illustrative discussion of the various embodiments of the present invention. They are presented with the aim of providing what is seen as the most useful and straightforward description of the principles and conceptual aspects of the invention. In this regard, no attempt is made to show more structural details of the invention than is necessary for a fundamental understanding of the invention. The description in combination with the figures makes it clear to those skilled in the art how the various forms of the invention can be practiced.
- 4 BE2018/5888- 4 BE2018 / 5888
Fig. 1 : Boven: Verschillende types van luchtstroming uit de aërodynamica, 1. Ideale flow, 2. Steady flow, 3. Unsteady of oscillerende flow, 4. Laminaire flow, waarbij grenslaagafscheiding optreedt en 5. Turbulente flow.FIG. 1: Above: Different types of airflow from aerodynamics, 1. Ideal flow, 2. Steady flow, 3. Unsteady or oscillating flow, 4. Laminar flow, where boundary layer separation occurs and 5. Turbulent flow.
Beneden: Grafische voorstelling van luchtstroming rondom een object. Volgende stromingslagen bevinden zich achtereenvolgens rondom een object, 1. Laminaire grenslaag, 2. Overgangslaag, 3. Laminaire of viskeuze sublaag, 4. Loslatingspunt, 5. Losgelaten grenslaag, 6. Turbulente grenslaagBelow: Graphic representation of air flow around an object. The following flow layers are located successively around an object, 1. Laminar boundary layer, 2. Transition layer, 3. Laminar or viscous sublayer, 4. Release point, 5. Released boundary layer, 6. Turbulent boundary layer
Fig. 2 : Het deel van het oppervlak van het lichaam waar de grenslaag van de stroming nog niet is losgelaten vertoont een goede omstroming met lucht. Elke verkleining van de turbulentie achter het lichaamsdeel of verlating van de wervelloslating zal een voordeel in thermodynamische koeling opleveren, doordat een groter deel van het oppervlak overstroomd wordt (lichtgrijze zone).FIG. 2: The part of the surface of the body where the boundary layer of the flow has not yet been released shows a good airflow. Any reduction in turbulence behind the body part or abandonment of the vertebral release will provide an advantage in thermodynamic cooling, because a larger part of the surface is flooded (light gray zone).
Fig. 3: (links) Resultaten van de partiele image velocimetry meting van de cilinder zonder product, (rechts) Resultaten van de partiele image velocimetry meting van de cilinder met NAQI® Aero Speed Gel.FIG. 3: (left) Results of the partial image velocimetry measurement of the cylinder without product, (right) Results of the partial image velocimetry measurement of the cylinder with NAQI® Aero Speed Gel.
GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDINGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Deze aanvraag beschrijft een samenstelling bestaande uit een emulsie, een lipogel of een hydrogel met vortexgeneratoren, waarvan de diameter van de partikels gelegen is tussen 250 μm en 1410 μm, en de dichtheid van de partikels varieert tussen 15% en 30%.This application describes a composition consisting of an emulsion, a lipogel or a hydrogel with vortex generators, the diameter of the particles of which is between 250 μm and 1410 μm, and the density of the particles varies between 15% and 30%.
De aerodynamische weerstand die sporters ondervinden en die een negatieve invloed op hun prestaties heeft, bestaat uit twee componenten, namelijk de luchtweerstand en de huidfrictie. Gekende toepassingen om deze luchtweerstand te verminderen en dus de snelheid van atleten te verhogen, maken gebruik van uiteenlopende hulpmiddelen, zoals speciale helmen, aangepaste fietsen en sturen, en aangepaste kledij voor wielrenners. Zo werden gedurende de recente olympische spelen in Rio vortexgeneratoren gebruikt op de shirts van atleten, een ontwerp door Nike.The aerodynamic resistance experienced by athletes and which has a negative influence on their performance consists of two components, namely air resistance and skin friction. Known applications to reduce this air resistance and thus increase the speed of athletes, make use of various aids such as special helmets, adapted bicycles and handlebars, and adapted clothing for cyclists. For example, during the recent Olympic Games in Rio, vortex generators were used on the shirts of athletes, a design by Nike.
Toepassingen om de aerodynamische luchtweerstand bij overstroming van een lichaamsdeel te verminderen door vortexgeneratoren op de huid aan te brengen, en zo de sportprestaties van atleten te verbeteren, zijn echter nog niet gekend.However, applications to reduce aerodynamic air resistance in the event of flooding of a body part by applying vortex generators to the skin, thereby improving athletic performance, are not yet known.
Vortices kunnen globaal gezien gedefinieerd worden als regio's waarin turbulente stromingen optreden. Vortexgeneratoren kunnen dus gedefinieerd worden als partikels van een bepaalde grootte die een vortex of turbulente stroming induceren. Deze generatoren kunnen verschillende vormen hebben, waaronder bijvoorbeeld eenVortices can be defined globally as regions in which turbulent flows occur. Vortex generators can thus be defined as particles of a certain size that induce a vortex or turbulent flow. These generators can take various forms, including, for example, one
- 5 BE2018/5888 driehoekige vorm, ronde vorm of een vorm gelijkend op de vleugel van een vliegtuig. De grootteorde van deze generatoren situeert zich afhankelijk van de toepassing tussen 5 en 75% van de dikte van de grenslaag.- 5 BE2018 / 5888 triangular shape, round shape or a shape similar to the wing of an aircraft. The order of magnitude of these generators depends on the application between 5 and 75% of the thickness of the boundary layer.
Het principe waarop de werking van vortexgeneratoren gebaseerd is, kan vergeleken worden met het effect dat de vliegtuigvleugels hebben op luchtstroming. Deze luchtstroming rondom een voorwerp kan laminair of turbulent zijn (Fig. 1). Ook een combinatie is mogelijk (eerst een stuk laminair, daarna turbulent). Laminaire stroming kenmerkt zich doordat de lucht zich in stroomlijnen om het voorwerp heen beweegt. Die stroomlijnen hebben een verschillende snelheid. De moleculen direct aan het oppervlak zullen door de wrijving worden 'meegesleept' en hebben dus geen snelheid ten opzichte van het voorwerp. Naarmate de afstand tot het voorwerp groter wordt, wordt ook het snelheidsverschil ten opzichte van dat voorwerp groter tot er geen snelheidsverschil meer is ten opzichte van ongestoorde stroming. Dit is de 'grenslaag'. Turbulente stroming kenmerkt zich doordat de omstroming niet alleen langs het voorwerp is, maar ook dwars daarop. Turbulente stroming heeft een hogere weerstand dan laminaire stroming en de grenslaag is hier ook dikker (Fig. 1).The principle on which the operation of vortex generators is based can be compared to the effect that the wings of the aircraft have on airflow. This air flow around an object can be laminar or turbulent (Fig. 1). A combination is also possible (first a bit of laminar, then turbulent). Laminar flow is characterized in that the air moves around the object in streamlines. These streamlines have a different speed. The molecules directly on the surface will be 'dragged away' by the friction and therefore have no speed relative to the object. As the distance to the object becomes larger, the speed difference with respect to that object also becomes larger until there is no longer a speed difference with respect to undisturbed flow. This is the 'boundary layer'. Turbulent flow is characterized in that the flow is not only along the object, but also across it. Turbulent flow has a higher resistance than laminar flow and the boundary layer is also thicker here (Fig. 1).
De reden waarom de grenslaag van het oppervlak scheidt, is dat het energieniveau bij het oppervlak zo laag wordt dat uiteindelijk een afscheiding bekomen wordt (Fig. 2). Deze scheiding kan vermeden worden, indien het energieniveau hoog genoeg blijft. Daarvoor is extra energie input in de grenslaag nodig. Verschillende manieren bestaan om de weerstand van een object te verlagen door de grenslaag van een object te wijzigen. De energie aanwezig in het fluïdum buiten de grenslaag kan bijvoorbeeld toenemen door een ander object met een dynamische vorm in deze flow aan te brengen, waardoor een 'roterende' flow naar de grenslaag toe ontstaat (Fig. 2). Zulke objecten worden ook wel vortexgeneratoren genoemd en zijn dus vergelijkbaar met vliegtuigvleugels. Vergelijkbaar aan een vleugeltip, is er aan één kant een lage druk zone, en aan de andere kant een hoge druk zone. Buiten deze zone, mengen de lage en hoge druk flow zich tot een circulerende beweging (Fig. 2). Door vortexgeneratoren op de huid aan te brengen kan dus grenslaagafscheiding uitgesteld worden, en op die manier kan de stromingslaag rondom de huid gewijzigd worden, waardoor extra tijdswinst tijdens sporten geboekt kan worden.The reason why the boundary layer separates from the surface is that the energy level at the surface becomes so low that ultimately a separation is obtained (Fig. 2). This separation can be avoided if the energy level remains high enough. This requires extra energy input in the boundary layer. Different ways exist to reduce the resistance of an object by changing the boundary layer of an object. The energy present in the fluid outside the boundary layer can, for example, increase by providing another object with a dynamic shape in this flow, whereby a 'rotating' flow towards the boundary layer is created (Fig. 2). Such objects are also called vortex generators and are therefore comparable to aircraft wings. Similar to a wing tip, there is a low pressure zone on one side and a high pressure zone on the other. Outside of this zone, the low and high pressure flow mix into a circulating movement (Fig. 2). By applying vortex generators to the skin, boundary layer separation can be postponed, and in this way the flow layer around the skin can be changed, whereby extra time savings can be achieved during sports.
Verder kan een crème met een samenstelling zoals hierboven gespecifieerd, gebruikt worden om een optimale temperatuursregeling van de atleten tijdens het beoefenen van sporten uit verschillende disciplines te bekomen.Furthermore, a cream with a composition as specified above can be used to achieve optimum temperature regulation of the athletes while practicing sports from different disciplines.
Zowel door convectie als door verdamping kan koeling van het menselijk lichaam optreden en de sterkte van de koeling is rechtstreeks gecorreleerd met de snelheid van de lucht die het lichaam omgeeft.Cooling of the human body can occur through both convection and evaporation and the strength of the cooling is directly correlated with the speed of the air surrounding the body.
- 6 BE2018/5888- 6 BE2018 / 5888
Bij een eerste koelingseffect kan door verdamping de temperatuur verlaagd worden. Wanneer tegelijkertijd ook de luchtvochtigheid toeneemt, zal ook de verdampingssnelheid vertragen. Deze verdampingssnelheid kan wel worden opgedreven door de gevormde waterdamp direct weg te voeren van het lichaam zodat de lucht in contact met het lichaam nooit verzadigd geraakt met waterdamp. Deze situatie geeft aan dat goede omstroming van het lichaam extra koeling kan creëren. Bij een tweede koelingseffect kan door convectie de temperatuur van het lichaam verlaagd worden. Wanneer een lichaamsdeel een relatief snelheidsverschil vertoont ten opzichte van de omgevingslucht, zal deze lucht het lichaamsdeel overstromen volgens de aerodynamische basiswetten.With a first cooling effect, the temperature can be lowered by evaporation. If the humidity also increases at the same time, the evaporation rate will also slow down. This evaporation rate can be increased by directing the formed water vapor away from the body so that the air in contact with the body never becomes saturated with water vapor. This situation indicates that good circulation of the body can create extra cooling. With a second cooling effect, the temperature of the body can be lowered by convection. When a body part shows a relative speed difference with respect to the ambient air, this air will flood the body part according to the basic aerodynamic laws.
Bij zeer lage luchtsnelheden zal deze overstroming niet turbulent zijn (Fig. 1). Bij hogere luchtsnelheden zal de grenslaag, die zowel laminair als turbulent kan zijn, loskomen van het lichaamsdeel (Fig. 2). Dit loskomen van de grenslaag, ook wel loslating genoemd, leidt dan tot de vorming van kolken en vortices. Men spreekt dan van turbulente stroming achter het lichaamsdeel. Deze turbulente stroming achter het specifieke lichaamsdeel zorgt eerder voor een recirculatie van de lucht, in plaats van aanvoer van verse, nieuwe lucht. In de situatie dat er een omgevingstemperatuur gelijk of hoger is dan de lichaamstemperatuur en er tegelijk ook een hoge luchtvochtigheid is, zal deze recirculatie van lucht achter het lichaamsdeel ervoor zorgen dat de verzadigde lucht (met waterdamp) veel minder goed kan afgevoerd worden. Het deel van het oppervlak van het lichaam waar de grenslaag van de stroming nog niet is 'losgelaten' vertoont een goede overstroming, waardoor de verzadigde lucht efficiënt kan worden afgevoerd. Elke vermindering van turbulentie of het verlaten van 'loslating' zal een thermodynamisch koeling voordeel opleveren, doordat een groter deel van het oppervlak overstroomd wordt en daardoor meer waterdamp kan afgevoerd worden (Fig. 2).At very low air speeds, this flood will not be turbulent (Fig. 1). At higher air speeds, the boundary layer, which can be both laminar and turbulent, will come loose from the body part (Fig. 2). This release from the boundary layer, also known as release, then leads to the formation of swirls and vortices. One speaks of turbulent flow behind the body part. This turbulent flow behind the specific part of the body causes recirculation of the air rather than the supply of fresh, new air. In the situation that an ambient temperature is equal to or higher than the body temperature and at the same time there is also a high humidity, this recirculation of air behind the body part will ensure that the saturated air (with water vapor) can be discharged much less well. The part of the surface of the body where the boundary layer of the flow has not yet been 'released' shows a good flood, so that the saturated air can be efficiently discharged. Any reduction in turbulence or the abandonment of 'release' will result in a thermodynamic cooling advantage, because a larger part of the surface is flooded and therefore more water vapor can be discharged (Fig. 2).
Mogelijk kan een toepassing bestaande uit een crème met vortexgeneratoren bovenstaande koelingseffecten positief beïnvloeden, vermits door de aanwezigheid van de partikels een betere luchtomstroming van het lichaam bekomen wordt, waardoor atleten tijdens het sporten een extra koelingseffect waarnemen.Possibly an application consisting of a cream with vortex generators can positively influence the above cooling effects, since the presence of the particles results in a better air circulation of the body, whereby athletes perceive an extra cooling effect during exercise.
De voorbeelden hieronder beschrijven experimenten waarin de speed gel getest werd op achtereenvolgens een cilinder omgeven door varkenshuid, op echte wielrenners en op een pvc cilinder.The examples below describe experiments in which the speed gel was tested on a cylinder surrounded by pig skin, on real cyclists and on a PVC cylinder.
In een eerste voorbeeld wordt het effect van de speed gel op de luchtsnelheid en bijgevolg op turbulentie getoond door een simulatietest uit te voeren met een cilinder omwikkeld met varkenshuid. In een tweede voorbeeld worden de testen met deIn a first example, the effect of the speed gel on air velocity and consequently on turbulence is shown by performing a simulation test with a cylinder wrapped in pig skin. In a second example, the tests with the
- 7 BE2018/5888 speed gel uitgevoerd op een wielrenner in tijdritpositie en kledij, op een wielrenner met standaardkledij voor het klassieke wegwielrennen en op een renner in een triatlonpak op een triatlonfiets. Een derde voorbeeld geeft de resultaten van metingen met partiele image velocimetry waardoor het effect van de speed gel op een pvc cilinder in een windtunnel gevisualiseerd wordt.- 7 BE2018 / 5888 speed gel performed on a cyclist in time trial position and clothing, on a cyclist with standard clothing for classic road cycling and on a cyclist in a triathlon suit on a triathlon bike. A third example gives the results of measurements with partial image velocimetry whereby the effect of the speed gel on a PVC cylinder in a wind tunnel is visualized.
VOORBEELD 1EXAMPLE 1
Experimenteel gedeelteExperimental part
Als referentieobject om een been of arm te simuleren, werd gekozen voor een cilinder met een diameter van 100 mm. Deze cilinder werd omwikkeld met varkenshuid omdat dit sterk op mensenhuid lijkt. De cilinder met en zonder NAQI Aero speed gel werd nadien getest in een windtunnel bij verschillende windsnelheden.As a reference object to simulate a leg or arm, a cylinder with a diameter of 100 mm was chosen. This cylinder was wrapped with pig skin because it strongly resembles human skin. The cylinder with and without NAQI Aero speed gel was subsequently tested in a wind tunnel at different wind speeds.
Om het effect van de luchtsnelheid op turbulentie te zien, werd geopteerd om bij 4 verschillende luchtsnelheden te testen, allen gelinkt aan relevante fietssnelheden. De gekozen windtunnel luchtsnelheden van 10,4; 11,8; 13,3 en 14,8 m/s corresponderen met fietssnelheden van 37,5; 42,5; 47,9 en 53,3 km/h. De gemeten luchtweerstanden werden geconverteerd naar Watt.To see the effect of air speed on turbulence, it was decided to test at 4 different air speeds, all linked to relevant bicycle speeds. The selected wind tunnel air speeds of 10.4; 11.8; 13.3 and 14.8 m / s correspond to bicycle speeds of 37.5; 42.5; 47.9 and 53.3 km / h. The measured air resistances were converted to Watts.
Elke meting werd 4 maal herhaald. Twee maal met een metingstijd van 30 seconden en twee maal met een metingstijd van 60 seconden. Dit om de herhaalbaarheid van de testopzet te controleren. Het verschil tussen de 4 metingen bedroeg steeds minder dan 0,1 N, wat erop wijst dat de herhaalbaarheid uitstekend was.Each measurement was repeated 4 times. Twice with a measurement time of 30 seconds and twice with a measurement time of 60 seconds. This is to check the repeatability of the test design. The difference between the 4 measurements was always less than 0.1 N, which indicates that the repeatability was excellent.
ResultatenResults
In Tabel 2 kunnen we duidelijk zien dat alle NAQI® Aero Speed Gel prototypes (Run 6 - Run 11) een verbetering tonen t.o.v. de niet-behandelde referenties (Run 1 - Run 5)). De vortex generatoren met de beste resultaten werden geselecteerd voor de volgende testfase met echte wielrenners.In Table 2 we can clearly see that all NAQI® Aero Speed Gel prototypes (Run 6 - Run 11) show an improvement compared to the untreated references (Run 1 - Run 5). The vortex generators with the best results were selected for the next test phase with real cyclists.
Tabel 2: Resultaten van de metingen om algemene luchtweerstand (in Watt) te bepalen voor een cilinder met en zonder varkenshuid.Table 2: Results of the measurements to determine general air resistance (in Watts) for a cylinder with and without pig skin.
- 8 BE2018/5888- 8 BE2018 / 5888
- 9 BE2018/5888- 9 BE2018 / 5888
VOORBEELD 2EXAMPLE 2
Experimenteel gedeelteExperimental part
De tweede testfase werd uitgevoerd op echte wielrenners. Er werd geopteerd om de testen uit te voeren op een wielrenner in tijdritpositie en kledij, op een wielrenner met standaardkledij voor het klassieke wegwielrennen en op een renner in een triatlonpak op een triatlonfiets. 5 atleten werden gekozen als proefpersonen. Er werd ook geopteerd om de crème op zowel beide armen als benen te testen, afhankelijk van de specifieke kledij en discipline (tijdrijden, baan, triatlon). Voor elke testfase werd er getest bij 1 enkele luchtsnelheid. De gekozen luchtsnelheid werd relevant voor die discipline geacht. De gekozen luchtsnelheid was 13,9 m/s of 50,0 km/u voor tijdrijden, 12,4 m/s of 44,64 km/u voor baanwielrennen en 10,9 m/s of 39,2 km/u voor triatlon.The second test phase was performed on real cyclists. It was decided to perform the tests on a cyclist in time trial position and clothing, on a cyclist with standard clothing for the classic road cycling and on a cyclist in a triathlon suit on a triathlon bike. 5 athletes were chosen as test subjects. It was also decided to test the cream on both arms and legs, depending on the specific clothing and discipline (time trial, track, triathlon). Testing was carried out at 1 single air speed for each test phase. The chosen air velocity was considered relevant to that discipline. The chosen air speed was 13.9 m / s or 50.0 km / h for time trial, 12.4 m / s or 44.64 km / h for track cycling and 10.9 m / s or 39.2 km / h for triathlon.
Omdat de positie van de wielrenner met de verschillende crèmes en zonder crème exact hetzelfde moet zijn, werd de herhaalbaarheid gecheckt door elke meting 2 maal te doen. Binnen een marge van 1,5 Watt correleerden de resultaten goed. De positie van de wielrenner werd voor elke meeting gecheckt en indien nodig gecorrigeerd, door de contour van de positie van de referentiemetingen te vergelijken met de huidige positie. Door de vergelijking van de huidige positie met de referentiepositie te projecteren voor de wielrenner kon die snel en eenvoudig zijn huidige positie aan de referentie aanpassen.Because the position of the cyclist with the different creams and without cream must be exactly the same, the repeatability was checked by taking each measurement twice. The results correlated well within a margin of 1.5 Watt. The position of the cyclist was checked for each meeting and corrected if necessary, by comparing the contour of the position of the reference measurements with the current position. By projecting the comparison of the current position with the reference position for the cyclist, he could quickly and easily adjust his current position to the reference.
ResultatenResults
Zonder NAQI® Aero Speed Gel bedroeg de gemiddelde luchtweerstand 374,5 Watt in tijdritpositie en met de NAQI® Aero Speed gel bedroeg de luchtweerstand 360,5 Watt. Het verschil bedraagt dus 14 Watt voor deze snelheid, wat correspondeert met zo'n 4%. Voor een afstand van 9 km in een tijdrit zou het gebruik van de NAQI® Aero Speed gel 8,4 seconden bedragen oftewel 46,6 seconden bij een tijdrit van 50 km. Dit komt overeen met bijna 1 seconde per km. Dit resultaat werd behaald door enkel de benen van de wielrenner in te smeren met de NAQI® Aero Speed Gel.Without NAQI® Aero Speed Gel the average air resistance was 374.5 Watt in time trial position and with the NAQI® Aero Speed Gel the air resistance was 360.5 Watt. The difference is therefore 14 watts for this speed, which corresponds to around 4%. For a distance of 9 km in a time trial, the use of the NAQI® Aero Speed gel would be 8.4 seconds or 46.6 seconds for a time trial of 50 km. This corresponds to almost 1 second per km. This result was achieved by only rubbing the cyclist's legs with the NAQI® Aero Speed Gel.
Dezelfde testen werden uitgevoerd op een triatleet en een wegrenner in normale kledij en positie. Voor de triatleet was de gemiddelde luchtweerstand 235,5 Watt. De luchtweerstand met NAQI® Aero Speed gel op de armen/schouders en benen was 222 Watt. De gemiddelde luchtweerstandvermindering bedroeg 13,5 Watt. Dit leidt tot een tijdsbesparing van 307 seconden bij de iron man afstand. Of een vermindering van bijna 6%. Voor een wegwielrenner in de standaardracepositie en met gebruikelijke kledij bedroeg de basis luchtweerstand 420,7 Watt bij 44,6 km/u. Met de NAQI® Aero Speed gel op de benen werd de weerstand gereduceerd tot 405,2The same tests were performed on a triathlete and a road racer in normal clothing and position. The average air resistance for the triathlete was 235.5 watts. The air resistance with NAQI® Aero Speed gel on the arms / shoulders and legs was 222 Watt. The average air resistance reduction was 13.5 watts. This leads to a time saving of 307 seconds at the iron man distance. Or a reduction of almost 6%. For a road cyclist in the standard racing position and with usual clothing, the basic air resistance was 420.7 watts at 44.6 km / h. With the NAQI® Aero Speed gel on the legs the resistance was reduced to 405.2
- 10 BE2018/5888- BE2018 / 5888
Watt, wat leidt tot een vermindering van bijna 4%.Watt, which leads to a reduction of almost 4%.
VOORBEELD 3EXAMPLE 3
Experimenteel gedeelteExperimental part
Met behulp van partiele image velocimetry (PIV) metingen werd het effect van de NAQI® Aero Speed gel gevisualiseerd op een pvc cylinder in de windtunnel. Kleine oliedeeltjes laten toe de stroom rond een object te traceren en te visualiseren met deze meettechniek. Door twee metingen uit te voeren, eenmaal met enkel de cilinder en een tweede maal met de cilinder waarop een laag Aero Speed gel werd aangebracht, kan het aerodynamisch effect van de speed gel aangetoond en gevisualiseerd worden. Bij de PIV metingen werd gebruik gemaakt van een tweedimensionale PIV waardoor de deeltjes aan de achterzijde van de cilinder niet verlicht kunnen worden omdat ze in de schaduw van de cilinder zitten. Hierdoor kunnen er in dit gebied geen betrouwbare meetpunten worden opgebouwd.Using partial image velocimetry (PIV) measurements, the effect of the NAQI® Aero Speed gel was visualized on a PVC cylinder in the wind tunnel. Small oil particles make it possible to trace and visualize the flow around an object with this measurement technique. By taking two measurements, once with only the cylinder and a second time with the cylinder on which a layer of Aero Speed gel was applied, the aerodynamic effect of the speed gel can be demonstrated and visualized. For the PIV measurements, a two-dimensional PIV was used so that the particles at the rear of the cylinder cannot be illuminated because they are in the shadow of the cylinder. As a result, reliable measuring points cannot be built up in this area.
In de PIV metingen stroomt de lucht van links naar rechts met een snelheid van 14m/s. Dit resulteert in een stagnatiepunt aan de linkerkant van de cilinder en een onstabiele lage snelheidszone aan de rechterkant van de cilinder.In the PIV measurements, the air flows from left to right at a speed of 14 m / s. This results in a stagnation point on the left side of the cylinder and an unstable low speed zone on the right side of the cylinder.
ResultatenResults
Het is duidelijk dat de NAQI Aero Speed gel de luchtstroming rondom de cilinder beïnvloedt. Door de grotere ruwheid van het oppervlak van de cilinder met de speed gel wordt het punt waar de stroming loslaat verlaat. Dit zorgt voor een kleiner drukverschil tussen het voorste en achterste deel van de cilinder door het gebruik van de speed gel (Fig. 3). Een kleiner drukverschil betekent een kleiner aandeel van dit drukverschil in de totale luchtweerstand. Aangezien het drukverschil de grootste bijdrage levert tot de volledige luchtweerstand van een lichaam, wordt deze daardoor ook gereduceerd.It is clear that the NAQI Aero Speed gel influences the air flow around the cylinder. The greater roughness of the surface of the cylinder with the speed gel leaves the point where the flow is released. This results in a smaller pressure difference between the front and rear part of the cylinder through the use of the speed gel (Fig. 3). A smaller pressure difference means a smaller share of this pressure difference in the total air resistance. Since the pressure difference makes the largest contribution to the full air resistance of a body, it is therefore also reduced.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE201800080 | 2018-07-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1026466A1 BE1026466A1 (en) | 2020-02-05 |
| BE1026466B1 true BE1026466B1 (en) | 2020-02-11 |
Family
ID=65013419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE20185888A BE1026466B1 (en) | 2018-07-11 | 2018-12-14 | Optimization of aerodynamics during competitive sports through the use of micro-vortex generators in a composition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1026466B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012177757A2 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | The Procter & Gamble Company | Personal care compositions comprising shaped abrasive particles |
-
2018
- 2018-12-14 BE BE20185888A patent/BE1026466B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012177757A2 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-27 | The Procter & Gamble Company | Personal care compositions comprising shaped abrasive particles |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BERT BLOCKEN: "Speed gel voor wielrenners: Technisch hoogstandje of oneerlijk voordeel?", 26 June 2018 (2018-06-26), pages 1 - 5, XP055577109, Retrieved from the Internet <URL:https://kuleuvenblogt.be/2018/06/26/speed-gel-voor-wielrenners-technisch-hoogstandje-of-oneerlijk-voordeel/> [retrieved on 20190403] * |
| EDISA COLLAKU: "UCI bans Speed Gel after Lotto Soudal Riders Used It at Critérium du Dauphiné", 13 June 2018 (2018-06-13), XP002790291, Retrieved from the Internet <URL:https://www.trifind.com/blog/uci-bans-speed-gel-lotto-soudal-riders-used-criterium-du-dauphine/> [retrieved on 20190403] * |
| NIKOLAAS VAN RIET ET AL: "Naqi Aero Speed Gel increases cycling speed by reducing aerodynamic drag in cyclists", 3 July 2018 (2018-07-03), XP055577127, Retrieved from the Internet <URL:https://www.slideshare.net/NikolaasVanRiet/whitepaper-naqi-aero-speed-gel-108682974> [retrieved on 20190403] * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1026466A1 (en) | 2020-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Crouch et al. | Riding against the wind: a review of competition cycling aerodynamics | |
| Olds | The mathematics of breaking away and chasing in cycling | |
| Malizia et al. | Cyclist aerodynamics through time: Better, faster, stronger | |
| Venning et al. | The effect of aspect ratio on the wake of the Ahmed body | |
| Barry et al. | The effect of spatial position on the aerodynamic interactions between cyclists | |
| Asai et al. | Aerodynamic drag of modern soccer balls | |
| Tan et al. | Experimental characterization of speech aerosol dispersion dynamics | |
| Barry et al. | Flow field interactions between two tandem cyclists | |
| Ragni et al. | Effect of 3D stall-cells on the pressure distribution of a laminar NACA64-418 wing | |
| Lu et al. | Experimental study of near wake of micro vortex generators in supersonic flow | |
| Spoelstra et al. | On-site cycling drag analysis with the Ring of Fire | |
| BE1026466B1 (en) | Optimization of aerodynamics during competitive sports through the use of micro-vortex generators in a composition | |
| Carré et al. | Understanding the effect of seams on the aerodynamics of an association football | |
| Chowdhury et al. | A full scale bicycle aerodynamics testing methodology | |
| Sakib et al. | Study of the reverse Magnus effect on a golf ball and a smooth ball moving through still air | |
| Oggiano et al. | Aerodynamic behaviour of single sport jersey fabrics with different roughness and cover factors | |
| Alam et al. | Aerodynamics of ribbed bicycle racing helmets | |
| Chowdhury et al. | An experimental study on aerodynamic performance of time trial bicycle helmets | |
| Thompson et al. | Aerodynamics of speed skiers | |
| van Druenen et al. | Aerodynamic impact of cycling postures on drafting in single paceline configurations | |
| Lopes et al. | Numerical and experimental methods used to evaluate active drag in swimming: a systematic narrative review | |
| TWI663925B (en) | Manufacturing method and structure of sportswear for reducing wind resistance | |
| Underwood et al. | Helmet position, ventilation holes and drag in cycling | |
| Milluzzo et al. | Fluid dynamics of the helicoidal wake sheets trailed from a hovering rotor | |
| D’Auteuil et al. | Relevance of similitude parameters for drag reduction in sport aerodynamics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20200211 |