C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

gemeinsame Forenentwicklung eines Rotorprofils

Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon MaRiJonas » Do 28. Mär 2013, 08:02

Hallo Bernd,

ich meinte die projizierte Fläche, sprich der Schatten an der Wand, den der C-Rotor wirft.

Da könnte 1/3 der Fläche durchaus fast 50% des Umfangs entsprechen. Aber es stimmt, dass das von der Schnelllaufzahl des Windrades abhängt. Die Horizontalachser haben ja viel weniger Abdeckung. Vielleicht kann man die Schnelllaufzahl mit der Fläche multiplizieren und erhält dann einen sinnvolleren Zusammenhang.

Ich vermute da schon einen zwingenden Zusammenhang, der meiner Meinung nach mehr Berücksichtigung aber auch eine genauere Untersuchung bedarf. Daraus ergeben sich dann vielleicht auch andere interessante Erkenntnisse, um dem maximalen Wirkungsgrad näher zu kommen.

Gruß
Richard
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Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon Bernd » Do 28. Mär 2013, 08:21

Ich meinte auch die projezierte Fläche.
Das mit den fast 50% die sich aus 1/3 ergeben sollen habe ich nicht verstanden. Beziehst du das auf die Tatsache das die projezierte
Fläche ja eigentlich ein halbrundes Gebilde ist das nun flach dargestellt wird? Wenn ja dann wäre ja sogar die Tiefe des Flügels und
dessen Stellung für die "Messung" relevant und die Abdeckung würde sich ständig aus Sicht des Windes verändern.
Vielleicht wäre es doch einfacher das ganze auf dem Umfang zu beziehen.

Ja ganz sicher ist eine ideale Flächenabdeckung für einen guten Gesamtwirkungsgrad des Rotors entscheidend.
Ob man das aber jemals in eine einfache Formel bringen kann, ohne den Aufbau des Widerstandsläufers zu berücksichtigen,
da bin ich skeptisch denn nicht jedes Windrad stellt für den Wind (bei gleicher Flächenabdeckung) ein gleich dichtes Hindernis dar.
So dürfte ein einfacher, nicht überlappter Halbschalenrotor, ein Savonius mit vielleicht eng gewählten Durchströmspalt oder
ein C-Rotor eine jeweils andere "Durchlässigkeit" besitzen.
Ein Dreiblattsavonius stellt vom Schattenbild im Durchschnitt einer Umdrehung eine vielleicht 75% bdeckung dar, lässt aber auch Wind durch sein Inneres strömen.

Zudem dürfte der Einfluss der Rotorblätter auf den Strömungsverlauf im Inneren des Rotors z.B. des C-Rotors auch einen großen Einfluss auf
die Durchlässigkeit haben denn erzeugte Verwirbelungen etc. bilden auch eine Art "Hindernis" für die Luftströmung.
Ich vermute daher das das Ideal der Flächenabdeckung schwerer mit Formeln zu ermitteln ist als wir glauben.

Grundsätzlich wäre es aber toll wenn man in dieser Richtung wenigstens sowas wie einen Richwert finden könnte.

Grüsse

Bernd
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Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon MaRiJonas » Do 28. Mär 2013, 09:01

Das mit den fast 50% die sich aus 1/3 ergeben sollen habe ich nicht verstanden. Beziehst du das auf die Tatsache das die projezierte Fläche ja eigentlich ein halbrundes Gebilde ist das nun flach dargestellt wird? Wenn ja dann wäre ja sogar die Tiefe des Flügels und dessen Stellung für die "Messung" relevant und die Abdeckung würde sich ständig aus Sicht des Windes verändern.
Vielleicht wäre es doch einfacher das ganze auf dem Umfang zu beziehen.


Ja, so meinte ich das, und natürlich die Tatsache, dass dich die verschiedenen Rotorblätter auch je nach Stellung verdecken.

Klar ist die Angabe für die Konstruktion über den Umfang sinnvoller und eindeutiger. Aber für eine abschätzende Auslegung oder Beurteilung finde ich diesen Ansatz durchaus interessant.

Ob man das aber jemals in eine einfache Formel bringen kann, ohne den Aufbau des Widerstandsläufers zu berücksichtigen,
da bin ich skeptisch denn nicht jedes Windrad stellt für den Wind (bei gleicher Flächenabdeckung) ein gleich dichtes Hindernis dar.


Deswegen auch die Berücksichtigung der Schnelllaufzahl. Was beim durchströmten Savonius aber schon nicht mehr ganz so hinhaut, außer er dreht auch schneller.

So dürfte ein einfacher, nicht überlappter Halbschalenrotor, ein Savonius mit vielleicht eng gewählten Durchströmspalt oder
ein C-Rotor eine jeweils andere "Durchlässigkeit" besitzen.


Deswegen haben sie vielleicht auch eine entsprechend unterschiedliche Schnelllaufzahl.

Ich vermute daher das das Ideal der Flächenabdeckung schwerer mit Formeln zu ermitteln ist als wir glauben.


Ja, das ist sicherlich nicht so simpel. Aber über die Schnelllaufzahl, die natürlich auch erst zu ermitteln oder abzuschätzen wäre, hätte man ja einen Faktor, der alles mögliche bereits berücksichtigt.

Liebe Grüße
Richard
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Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon Bernd » Do 28. Mär 2013, 10:49

Die Schnellaufzahl liegt bei Savonius, C-Rotor und Lenz in etwa auf dem gleichen Niveau.
Sie beträgt im belasteten Zustand bei allen genannten Rotoren etwa 0,6 - 0,7.

Das der Savonius auch unter Last eine Schnelllaufzahl über 1 hätte kann man zwar manchmal nachlesen,
stimmt aber trotzdem nicht. Die ganzen "modernen" Widerstandläufer laufen mit etwa 0,6 - 0,7.
Einzig ein Widerstandsläufer nach Art eines Schalenkreuzanemometers liegt noch deutlich tiefer.

Grüsse

Bernd
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Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon _core » Sa 17. Jan 2015, 09:26

http://youtu.be/0bP2MH3LqvI

erstmal sehe ich keine unterschied zwischen Fisch, Flügel, Propellerblatt und Heckruder bei einem Schiff. Wieso also diese komische Form? Also immer "windfänger" wie Schalen das C usw. Ihr habt euch immer mehr der "Fischform" angenähert und messbar verbessert, wieso also den Flügel nicht komplett schließen und Aerodynamisch bzw Stromlinienförmig gestalten? Gebogen würde ich Ihn lassen das gab ja eine messbare Verbesserung, Form also wie wenn ein Fisch im Kreis schwimmt.

Nun ist die Frage wie dick und wie lang der Fisch sein muss bzw das Verhältniss zwischen Dicke und Länge. Da liegt glaube der Schlüssel in der Umlaufgeschwindigkeit, also mehr oder weniger der Umfang des Rotors bestimmt das. Denn bei gleicher Drehzahl bedeutet ein kleiner Rotorumfang kleine Umlaufgeschwindigkeit und bei großem Umfang hohe Geschwindigkeit.

Anders gesprochen, eine kleine Gesamtflügellänge bei Großem Roterumfang nimmt im Verhältnis weniger Fläche ein. Um jetzt doch auf euer 1/3 zu kommen würde ich in diesem Fall die Anzahl der Flügel erhöhen.

Also viele Aerodynamische Flügel die ein drittel des Rotorumfangs ausmachen.
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Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon Bernd » Sa 24. Jan 2015, 10:01

Hallo Unterstrich Core

Ich glaube du verwechselst etwas bzw. sind Dir bestimmte Dinge nicht bewusst.
Bei Windrädern kann man ganz grundsätzlich zwei Kategorien unterscheiden.
Die Flügel der einen Kategorie der Widerstandsläufer werden vom Wind "geschoben" dadurch das sie dem Wind eine Fangfläche bieten
die dann durch den entstehenden Winddruck voran getrieben wird.
Die andere Kategorie ist die der "Auftriebsläufer". Ihre Flügel drehen sich an der Blattspitze um ein mehrfaches schneller
als die Windgeschwindigkeit und arbeiten mit Unterdruck, ähnlich dem Segel eines Schiffes das gegen den Wind kreutzt.

Der C-Rotor, der Lenz, der Savonius und ähnlich aufgebaute Modelle gehören zur Kategorie 1 der Widerstandsläufer.

Bei einem Vertikalrotor laufen die Flügel auf einer Seite gegen den Wind, was bei einem Auftriebsläufer von Vorteil sein kann.
Bei einem Widerstandsläufer hingegen muss man versuchen den CW Wert der Flügel zu minimieren, was beim Beispiel
des C-Rotors durch eine spitzere Form des Vorflügels erfolgte.

Wir wollten und wollen NICHT aus einem C-Rotor einem Auftriebsläufer bauen. Das sind zwei verschiedene Paar Schuhe.
Wir wollen einen Widerstandsläufer optimieren.

Wenn du die Flügel eines C-Rotors komplett schliesst dann ist es ja kein C-Rotor mehr sondern ein Auftriebsläufer mit all
seinen Vor- und Nachteilen. Es entsteht ein völlig anderen Windrad mit gänzlich anderem Laufverhalten.
Das ist als ob du einem Motorradfahrer empfiehlst noch zwei weitere Räder zu montieren und eine Karrosserie drüber zu stülpen, es entsteht ein völlig anderes Fahrzeug.

Mit geschlossenen Flügeln mit Auftriebsprofilen entsteht ein Darrieusrotor. Darum geht es bei diesem Rotortyp aber nicht.
Dann wäre eine Flächenabdeckung von 1/3 auch viel zuviel.


Grüße

Bernd
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Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon _core » Mo 26. Jan 2015, 20:40

genau das ist halt die Frage, ist es denn noch ein Widerstandsläufer?

Die Verbesserungen die Ihr gemacht habt, in Sachen Flügelprofil, nähern sich immer mehr dem Profil eines Auftriebsläufers an.

Vom reinen C-Profil > C Mit Leitblech > C zur halben Elipse > Leitblech biegen. Dazu benötige ich keinen Windkanal um festzustellen das das Profil Aerodynamischer geworden ist und bei Gegenwind weniger Wiederstand bietet. Der Knackpunkt ist in wie weit sich der Windwiderstand verschlechtert hat wenn es von hinten angeblasen wird.

Irgendwo hatte ich eine Tabelle gesehen (mit Profilen im und gegen den Wind) in der die Halbkugel das beste Verhältnis hatte. Wieso wurde das nicht mit eurem Profil gemessen? Ich habe die starke Vermutung das euer Profil das Verhältnis, im Vergleich zur Halbkugel, nicht weiter verbessert hat, im Gegenteil. Da sich der Rotor ja dreht und das Profil somit konstant in anderen Winkeln angeströmt wird hätte man auch die möglichen Winkel und deren CW-werte messen sollen, was eigentlich viel entscheidener ist. Denn, wenn ich von nur 2 Flügeln ausgehe hat das C bzw die Halbe Elypse nur in der 0° und 180° bei geradem Blech die Eigenschaften eines Widerstandsläufer. Bei 90° und bei 270° stehen die Profile im rechten Winkel zur Strömung und auch hier kommt durch die Krümmung das Widerstandsprinzip zum Tragen. In Allen andren Positionen kann aber das Auftriebsprinzip wirken.

Es wäre also interessant zu messen in welcher position das höchste Drehmoment anliegt, bei 0°; 45° ; 90°; 135°; 180° oder irgendwo dazwischen und wie sich das bei 2, 3 oder 4 Flügeln verhält.

was mich auch noch interessiern würde ist ob es eine spürbare Steigerung geben würde wenn man den Rotor in so eine Schüssel stecken würde. http://youtu.be/lBGeCyB92LY denn mal ganz ehrlich, wenn diese Schüssel die Windgeschwindigkeit verdoppelt oder man kleiner bauen kann um die gleiche Leistung zu erhalten dann ist es fraglich ob man ganze Verticalturbine-Konzept nicht doch an den Nagel hängt.

Schon eine Steigerung der Windgeschwindigkeit von 1m/s kann der Leistungsabgabe übers Jahr verdoppeln weil das Windrad einfach schon bei geringeren Geschwindikeiten startet.
_core
 

Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon Bernd » Mo 26. Jan 2015, 22:31

_Core auf die meisten deiner Fragen gibt es Antworten in den Tiefen des Netzes.
Die Horizontalläufer mit "der Schüssel" nennt z.B. man Mantelturbinen.
Du darfst aber nicht alles glauben was darüber geschrieben wird, besonders nicht was einige Hersteller dazu schreiben. :)
Einfach mal danach googeln.
Ich persönlich halte diese Konstruktion nicht für "den" Wurf sondern nur für eine von vielen Alternativen im Windradbereich.
Das bekannteste Modell der Windräder dieser Bauart ist sehr umstritten, auch weil der Hersteller 10x mehr verspricht als man real erreicht.
Hier in meiner Nähe stehen 2 davon.

Der C-Rotor ist ganz klar im weit überwiegenden Anteil ein Widerstandsläufer, auch mit allen Verbesserungen die bereits eingeflossen sind.
Du kannst sehr einfach beurteilen ob ein Windrad ein Widerstandsläufer ist oder nicht.
Liegt das Nutz-TSR deutlich unter 1 dann ist es ein Widerstandsläufer. (C-Rotor ca. 0,6 - 0,7)
Geringe Auftriebseffekte sind sicher vorhanden aber nicht maßgeblich für die erzeugte Leistung.

Wann der C-Rotor welches Drehmoment erzeugt ist in der C-Rotor Zusammenfassung zu sehen.
Im Netz gibt es auch ein oder zwei andere Quellen die den Drehmomentverlauf bezogen auf die 360 Grad einer Umdrehung darstellen.
Untersucht wurde dabei ein einzelnes Blatt bzw. ein dreiflügeliger Rotor.

Von hinten angeblasen hat sich durch die Verbesserungen am C-Rotor eigentlich gar nichts geändert denn der halbrund geformte
Innenteil des Vorflügels blieb immer der gleiche. Minimiert wurde jedoch der Luftwiderstand der Blätter die gegen den Wind laufen.

Wieso wurde das nicht mit eurem Profil gemessen?

Nunja alles was du vermisst kannst du ja evtl. selber zum Ergebnis beitragen?
Wie wäre es mit dem Bau eines kleinen Meßplatzes oder eines Windkanals? :)
Hier im Forum wurde kürzlich auch erst die Möglichkeit dargestellt einen professionellen Windkanal zu mieten.


Grüsse

Bernd
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Re: C-Rotor: Windkanalversuch + Strömungssimulation

Beitragvon _core » Di 27. Jan 2015, 00:56

Ganz sicher vertraue ich den Angaben der Hersteller nicht 100% , deshalb frage ich ja. Mir ist auch klar das man diese Rotoren nicht wirklich berechnen kann, und daher der Versuch im Windkanal die wohl besten Ergebnisse hervorbringen würde.

Ich hab mir überlegt vielleicht auch ein Windrad zu bauen, bin mir aber noch nicht sicher in welcher Form. In einem anderen Thread wurden Rotoren getestet und da war glaube der Lenz der gewinner. Da kann das Profil nicht durchströmt werden und ab einer bestimmten Winkelstellung wird das "C" sowieso vom Leitblech verdeckt. Daher bleibt meine Frage immernoch im Raum. Was passiert wenn das Profil komplett geschlossen wird? Meine Überlegung dazu wäre: er dreht dann schneller, verlieht aber Drehmoment grade bei niedrigen Drehzahlen.

Eine Westernmühle als Mantelturbiene finde ich auch interessant, vorrausgesetzt der Mantel bringt dann nochmal 30-50%.

Also Windkanal mieten ist recht teuer, hab hier aber im Forum Fotos gesehen wo sich Leute was selbst gebastelt haben (Wände mit Lüftern).
_core
 

Beitragvon herbk » Di 27. Jan 2015, 08:36

Hi Core,
das mit den Ventilatoren ist auch nicht das gelbe vom Ei. Ich teste zwar im Moment auch so, aber so richtig glücklich bin ich mit den Ergebnissen nicht, weil das alles zu verwirbelt ist und der Strömung die Tiefe fehlt. Damit meine ich, dass man in dem Raum der später mal durch den Rotor ausgefüllt wird, vorne eine viel höhere Windgeschwindigkeit misst als hinten.
Da es hier relativ viel ungenutzten Scheunenraum gibt, bin ich seit geraumer Zeit am überlegen da einen einfachen Windkanal einzubauen - ist aber halt doch ein ganz schöner Aufwand....

Aber gedulde Dich ein klein wenig, bei mir stehen einige Tests aus und der neue Ventilator sollte heute oder Morgen kommen. Ich habe unter anderem einen C-Rotor mit Rotordimensionen nach Lenz.. An dem kann ich auch das Leitblech so verändern, dass ich einen Lenz habe und damit einen recht genauen C / Lenz vergleich fahren kann.

Wenn man einen C-Flügel komlett schließt, hat man ja nichts anderes als einen seeehr dicken H-Flügel...
H-Rotoren sind das nächste was ich dann im Vergleich laufen lasse. Dank Bernd und Udo habe ich (mit meinen eigenen) insgesamt 8 Flügel die ich vergleichen kann. Als erstes wird hier aber das "Delfter" Profil gefahren, weil es zur Zeit ja als das Beste gilt - an ihm müssen sich dann alle anderen messen.
Speziell mit den von Udo gemachten Flügeln möchte ich auch herausfinden wie sich die Flügeltiefe auswirkt, die größten von ihm gemachten Flügel sind nur noch ein paar cm kleiner als die nach "Lenzmaßen" gebauten C-Flügel.
Gruß Herbert
herbk
 
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