Strömungsverhalten des bewegten Profils

gemeinsame Forenentwicklung eines Rotorprofils

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Bernd » So 25. Okt 2009, 10:16

Evtl. empfiehlt es sich, den Vorflügel zweischalig auszubilden, also mit unabhängigem Außen- und
Innenprofil bei jeweiliger Optimierung auf Mitwind und auf Gegenwind

Diese Variante kannst du hier im Forum sogar schon mit Abbildungen sehen. Im Inneren des Vorflügels
befindet sich dabei eine halbkreisförmige Fläche die die Durchströmung durch den daraus resultierenden
gleichbleibenden Radius und Durchströmquerschnitt, optimiert.
Aussen drauf sitzt dann eine CW-Wert optimierte und auf den Kreisradius gelegte "Nase", die für eine
geringere Abbremsung insbesondere auf der Gegenwindseite sorgt.
Meine Test zu einem Einflügelmodell wurden mit so einem Flügel erstellt. Auch da vielen mir schon positive
Einflüsse auf, deshalb empfehlen wir diese Bauweise auch für den Nachbau, zumal die zweischalige Bauweise
den Vorflügel auch noch deutlich steifer werden lässt.

Grüsse

Bernd
Bernd
 
Beiträge: 8411
Registriert: So 4. Jan 2009, 10:26
Wohnort: nähe Braunschweig

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Rundling » So 25. Okt 2009, 10:36

Klasse, ja, das hatte ich doch sogar schon gelesen ...

Mich würde jetzt auch wirklich interessieren, woher die Einbrüche des Drehmoments bei genau 90° und bei 310° (statisch) kommen. Die wirken sich relativ stark auch in den dynamischen Kurven aus. Besonders der bei 310° zieht dynamisch den ganzen Bereich zwischen 300° und 360°(0°) nach unten. Wenn es gelänge, die auszubügeln und zu glätten, wäre noch einiges "drin", denke ich.

Bei 90° tippe ich mal auf folgenden Effekt: Bei leicht seitlicher Einströmung von hinten beschattet der Leitflügel geweils eine Öffnung im Vorflügel. Dadurch kann Wind schön "ordentlich" von einer Seite auf die andere durchströmen. Wird die Beschattung jedoch aufgehoben, weil der Leitflügel jetzt "auf Kante" im Wind steht, staut sich die Luft im Vorflügel wie in einem Fallschirm. Offensichtlich ist eine Durchströmung günstiger als der reine "Fallschirm-Effekt".

Bei 310° müsste ich mir erst zeichnerisch verdeutlichen, wie da die Anströmgeometrie aussieht.
Zu Abhilfemaßnahmen bzw. Versuchsanordnungen habe ich auch noch keine Idee. Wenn es aber gelänge, in Deiner statischen Anordnung diese "Buckel" mit geänderten Profilen zu beseitigen und nachher der Rotor tatsächlich mehr Energie umsetzen könnte, hätten wir einen guten Ansatz für eine Optimierungsmethodik gefunden.

Rundling
Zuletzt geändert von Rundling am So 25. Jul 2010, 11:02, insgesamt 1-mal geändert.
Rundling
 
Beiträge: 30
Registriert: Mi 21. Okt 2009, 18:41
Wohnort: in Nordbayern

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Wilfried » So 25. Okt 2009, 15:35

Offensichtlich ist eine Durchströmung günstiger als der reine "Fallschirm-Effekt".

Bild
Hallo Rundling, schalte mich hier mal aus dem sonnigen Urlaub ein - würde viel lieber Profile bauen 8-) - und meine auch, dass die Durchströmung so günstig wie möglich gestaltet werden soll. Daher möchte ich gern die Leitbleche und einen vorn gerundeten Leitflügel bauen. Interessant wäre hinten am Leitflügel auch eine Abrisskante :?:
Wilfried
 
Beiträge: 262
Registriert: Do 1. Okt 2009, 08:36
Wohnort: Hannover

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Bernd » So 25. Okt 2009, 23:42

Hallo Wilfried du glücklicher, schön von Dir zu hören !
Wenn man sich selbst im Urlaub nach seinen Hobbys sehnt, dann ist man wohl als glücklich zu bezeichnen :)

Seb ich hatte auch mal Versuche angestellt wieviel Einfluss der "Durchströmspalt" im Vorflügel besitzt.
Zu diesem Zweck hatte ich den Spalt versuchsweise mit einem Stück Pappe verschlossen.
Der Vorflügel war allerdings kein "durchströmungs optimierter", sondern eine Normalversion.
Der Einfluss war erheblich. In Summe ergaben sich rund 22% Leistungseinbusse beim Verschliessen
der Durchströmung. Bei einem optimierten Vorflügel sind es vielleicht noch ein paar Prozent mehr.

Grüsse

Bernd
Bernd
 
Beiträge: 8411
Registriert: So 4. Jan 2009, 10:26
Wohnort: nähe Braunschweig

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Wilfried » Mo 26. Okt 2009, 00:33

Hallo Bernd,

ich bin wirklich glücklich, denn meine Hobbys sind mein Beruf und soooo schlimm ist Urlaub mit meiner Frau nun auch nicht - nur eine Stunde Strand, Schwimmen und ein paar andere Kleinigkeiten sind allerdings Pflicht ;)
Und dann kam noch am Tag vor der Abreise die Rundmaschine, mit der sich Alubleche sicher gut zu Flügelprofilen formen lassen. Seelische Grausamkeit :shock:

Ich denke, der Durchströmspalt ist das eigentlich entscheidende an diesem Flügelprofil. Gibt es nur einen Staudruck, dann verzehrt sich die kinetische Energie in einem Wust von Wirbeln schon auf der Luv-Seite, während auf Lee ein Unterdruck entgegen der Bewegungsrichtung saugt - wächst mit steigender Geschwindigkeit bis zum Vakuum.

Ich habe gestern, zunächst für nur eine Situation, Strömungslinien gezeichnet. So wird anschaulicher, welche Energien dort vor, im und nach dem Strömungsspalt wirken. Dazu muss man sich zunächst eine sehr geringe Umlaufgeschwindigkeit denken. Um die Sache zu vereinfachen, lasse ich die Strömungslinien "B" einfach auf die Strömungslinien "C" treffen. Je nach Geschwindigkeit verdichten sich "B" und "C" zu einem gemeinsamen Strom durch den Spalt.

Nun kann man sich leicht vorstellen, dass diese Masse Wind mit enormer kinetischer Energie in den Vorflügel drückt. Das funktioniert aber nur, wenn der "Ausgang" offen ist und die Durch- und Ableitung so strömungsgünstig wie möglich erfolgt. Jeder kleine Wirbel bremst und viele kleine Wirbel wirken wie Dein Verschluss aus Pappe.

Ferner wird deutlich, das die ausströmende Luft schneller als der Wind ist und großteils den Sog auf Lee ausgleichen kann. Alles in allem meine ich, dass der Einfluss weit über 22 % liegen wird. Ich hoffe ich liege mit meinen Überlegungen nicht ganz daneben, Strömungslehre ist bei mir schon ne Weile her und brauche ich heute mehr für flüssige Phasen. Klar ist, sobald ich nach meinem Urlaub wieder klar Schiff habe, dann wird die Rundmaschine justiert...

Bild

Sonnige Grüße
Wilfried
Wilfried
 
Beiträge: 262
Registriert: Do 1. Okt 2009, 08:36
Wohnort: Hannover

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Rundling » Mo 26. Okt 2009, 19:50

Hallo Wilfried,

womit zeichnet man denn so nette Strömungsdiagramme - ist das aufwendig?

Idealisiert (ohne Turbulenzen) ist es egal, ob man die Eigenbewegung mit bedenkt oder nicht, es ändert sich dadurch lediglich der Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Anströmwinkel während der Kreisbewegung auftritt; es gibt ihn aber irgendwann auf jeden Fall.
Mit Deinen B-Linien komme ich nicht ganz klar. Wieso sollten die in einer Parallelströmung "von sich aus" die Richtung ändern?
Würden die nicht eher Richtung Vorflügelspitze vorn vorbeigelenkt? Dann ergäben sich in Lee des Vorflügels zumindest an dessen Hinterkante kräftige Wirbel. Sind die schädlich oder nützlich/ lassen sie sich vielleicht nutzen wie an der Kante eines Vogelflügels?
Auch an der Hinterkante (wo C auf D trifft) ist mit ähnlichen Einflüssen zu rechnen.

Letztendlich hinken aber alle Modelle der Realität hinterher - nutzen wir Sie zum Nachdenken und dann: let's test!
Bin gespannt, was sich da noch an Optimierungsarbeit auftut bzw. an Potential schlummert.

Gruß, Rundling
Rundling
 
Beiträge: 30
Registriert: Mi 21. Okt 2009, 18:41
Wohnort: in Nordbayern

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon andreas » Mo 26. Okt 2009, 21:16

Hallo Rundling,

gezeichnet habe ich so etwas noch nicht, nur mal das dargestellte Profil in Flowsim grob reingemalt. Dabei ergibt sich folgendes Bild:

stroemung1.jpg
stroemung1.jpg (41.46 KiB) 11667-mal betrachtet


Wie zutreffend das ist, weiß nur der Simulator... Angeströmt wird von links, die vielen kleinen Pfeile sind nicht gut zu sehen. Auf jeden Fall schaut es etwas anders aus als die Zeichnung.

MfG. Andreas
andreas
 
Beiträge: 1268
Registriert: Di 6. Okt 2009, 23:16

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Wilfried » Di 27. Okt 2009, 01:03

Hallo Andreas,
tolles Programm, entspricht in etwa meiner Vorstellung. Unterschiedlich zu meinen Pfeilen ist aber die Anströmrichtung - ist bei mir von unten. Gut dargestellt wird, dass der Hauptstrom im Spalt nur eine kleine Fläche findet, wohl weil viele Reibungswirbel auf den Flächen einfach stehen. Dort wird Energie vernichtet.
Zu beachten ist auch, dass das Profil im Luftstrom steht. Je schneller die Bewegung, umso mehr wird die Durchströmluft das schädliche Vakuum hinter dem Leitflügel füllen können. Schade, dass das Programm nicht meine Leitbleche im Spalt berücksichtigen, oder womöglich die Wirkung berechnen kann. Aber ich denke, was bei Lüftungskanälen Energie sparen hilft, daskann hier nicht ganz verkehrt sein.

Hallo Rundling,
"so nette Strömungsdiagramme" zeichnet man nur im Urlaub, mit Corel Draw, sonst ist das aufwendig.
Die Eigenbewegung halte ich schon für wichtig, ohne dabei an Wirbel zu denken. Es liegt auf der Hand, dass die vom Vorflügel verdrängte Luft den Luftstrom auf den Leitflügel beeinflusst, bei hoher Geschwindigkeit sogar ganz erheblich ablenken kann. Den Gedanken wollte ich mit meinen B-Pfeilen unterstützen. Deren Richtung wird bei stehendem Profil nach rechts abgelenkt, um den Vorflügel herum. Je schneller das Profil, umso mehr wird davon auf den Leitflügel gelenkt, wo sich der Gesamtstrom verdichtet und durch den Spalt drängt. Also, die B-Pfeile dienten nur meiner Vorstellungskraft, was passiert wenn das Profil nicht mehr steht.

Natürlich ist das alles graue Theorie, bei mir noch dazu von einem Anfänger in Sachen Windenergie, aber der Gedankenaustausch hilft mir hoffentlich so manches Kilo Schrott zu vermeiden :mrgreen:
Kühne, schrottträchtige Ideen habe ich noch genug :mrgreen: :mrgreen:

Sonnige Grüße
Wilfried
Wilfried
 
Beiträge: 262
Registriert: Do 1. Okt 2009, 08:36
Wohnort: Hannover

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon andreas » Di 27. Okt 2009, 23:11

Hallo Wilfried,

ganz so toll ist das Programm nicht für unsere Zwecke, es fehlt ihm an Flexiblität bezüglich der erzeugten Formen. So kann man dort leider keine Profile drehen und dann damit eine weitere Simulation fahren. Die Art der Profile ist an sich völlig frei definierbar (nur freihändig mit der Maus!), aber eben dann nicht mehr zu verändern.

Um dem abzuhelfen, habe ich heute etliche Stunden geknobelt, es hat sich wohl gelohnt. Entstanden ist zunächst ein Autoit-Script, was ein Profil (wie immer es auch aussehen mag) im Flowsim einzeichnet, es dann mit einem passenen Rahmen umgibt, die Strömungsverhältnisse festlegt (immer von links nach rechts) und die Simulation startet. Nach einer gewissen Laufzeit (Einpendeln erforderlich) wird die Simulation angehalten, das Ergebnis kann betrachtet oder per Zwischenablage irgendwo abgelegt werden.

Das Profil selbst wird in einer simplen Textdatei angelegt, die das Script einliest. Beispiel:

# Steuerdatei zum Erzeugen eines Profils für Flowsim
# Die erste Zeile benennt den Startpunkt für jedes Polygon.
# Eine Leerzeile trennt die einzelnen Polygone.
# x,y
#
# Vorflügel, innerer Halbkreis
0,-45
20,10
15,10
10,10
5,10
0,10
-5,10
-10,10
-15,10
-20,10

# Vorflügel, äußere Nase
0,-45
40,10
30,10
20,10
10,10
0,10
-10,10
-20,10
-30,10
-40,10

# Flügel, ab hinterer Spitze gezeichnet
# gerade form zum testen
#-300,0
#290,-6
#5,4
#0,4
#-5,4
#-290,-6
# gebogene form
-270,55
20,-10
21,-9
22,-8
23,-7
24,-6
25,-5
26,-4
27,-3
28,-2
29,-1
30,0

Damit war der erste Schritt getan, um eine nachvollziehbare Darstellung im Flowsim zu erhalten. Um die Sache abzurunden, habe ich ein kleines Purebasic-Programm (Konsole, keine 150 Zeilen) verfaßt, was so eine Textdatei einliest und daraus die entsprechend gedrehten Werte erzeugt und in weiteren Dateien ablegt. Momentan macht es also aus profil0.txt (das ist die oben zitierte, manuell angelegte Datei) die Dateien profil10.txt bis profil350.txt, welche in 10-Grad-Schritten das gedrehte Profil abbilden. Alle diese Dateien sind mit dem benannten Script in Flowsim simulierbar und erlauben so eine recht gute Beurteilung eines beliebigen Profils.

Vielleicht ist das noch keine komplette Lösung, aber ich denke, damit kann man auskommen. Bei Bedarf stelle ich die Programme zur Verfügung, Anregungen und Verbesserungsvorschläge nehme ich gern entgegen.

MfG. Andreas
andreas
 
Beiträge: 1268
Registriert: Di 6. Okt 2009, 23:16

Re: Strömungsverhalten des bewegten Profils

Beitragvon Rundling » Sa 31. Okt 2009, 16:55

Hallo zusammen, hallo Andreas,

nachdem ich mit Deinen Koordinatenangaben absolut nicht klargekommen bin (die vielen 10er bei den y-Koordinaten ?!?!), habe ich mal einige Fleißarbeit investiert.
1. Man konstruiere die Geometrie eines 3-Flüglers mit herkömmlichen Mitteln (Zirkel, Maß, Lineal)
Verwendet habe ich einen Leitflügel von 45° Kreisbogen, davor einen halbkreisförmigen Vorflügel mit etwa parabolischer Kappe,
Breite ~ 0,58 Leitflügellängen (24 zu 14, also eher am Maximum des Sinnvollen)
2. Man übertrage die Zeichnung in FlowSim, und zwar in mehreren Stellungen zwischen 0 und 120° (die Stellungen 120° - 240°
und 240° bis 360° sinsd ja Wiederholungen)
3. Man fertige von der Strömunssimulation zu jeder Stellung ein Bildschirmfoto
4. Man verbinde die Fotos über einen Videoeditor zu einem mpg, wmv o.ä.

Wir hätten dann also einen animierten 3-Flügler mit Strömungsverlauf - allerding muss man einige Einschränkungen bedenken:

FlowSim lässt keine bewegten Objekte zu, es kommt also weder zu der im Beitrag angesprochenen Änderung der Stömungsrichtung und -stärke, noch können wir sehen, welche Veränderungen an den Strömungen die bewegten Flügel selbst bewirken. Auch ist es kaum abzuschätzen, ob die gewählte Strömungsstärke passt. Haben wir ein laues Lüftchen oder einen Orkan eingestellt??

C-3flg.mpg [ 11.5 MiB | 11158-mal betrachtet ]


Allerdings sind schon einige Schlüsse erlaubt
Im vorderen Bereich, so von etwa 320° bis 80° ergibt sich erwartungsgemäß eine gute Durchströmung des Flügels.
Dann folgt etwa bei 90° der Punkt, an dem die Einströmung von der linken gleich der von der rechten Seite ist - die Durchströmung kommt kurz zum Erliegen.
Nach der 90°-Stellung wirkt sich der nachfolgende Flügel sehr positiv aus. Seine Spitze lenkt den Luftstrom genau in Richtung des jetzt hintenliegenden Profils.
Ich denke, dass dies die Stellung ist, aus der der 3-Flügler seinen leichten Leistungsvorteil zieht.
Anschließend erreicht der Flügel zuerst den Windschatten des nachfolgenden Flügels, dann den des Masts. Hinter dem Mast bei ca. 160°- 190° kommt noch einige Strömung an, da sich diesmal die Spitze des vorauslaufenden Flügels günstig auswirkt und noch einen "Strahl" verwertbarer Luft schickt, bevor anschließend der Windschatten des vorauslaufenden Flügels durchfahren wird. Ohne die Einbeziehung von Wirbeleffekten erscheint dieser ganze Bereich nur mäßig ergiebig. Allenfalls lässt sich die Forderung nach einem schlanken Mast ableiten.
Schließlich erreicht der Flügel bei ca 230° den Bereich, in dem er selbst gegenläufig angeströmt wird. Hier wird Energie vernichtet (in der Animation unten)

Für das Flügelprofil lässt sich erkennen:
Eine begrenzte Länge des Leitflügels bestätigt sich als günstig. Dieser bleibt dann im Gegenstrombereich schön hinter dem Schatten des eigenen Vorflügels und erzeugt nicht zusätzlich eigenen Widerstand. Außerdem bleibt dann die Überdeckung des hintenliegenden Flügels erträglich. Hier gibt es sicher ein Größenoptimum, bevor bei abnehmender Größe die Leistung wieder schwindet.
Der Vorflügel scheint mir innen tatsächlich voll halbkreisförmig am günstigsten, nicht etwa leicht geöffnet wie in den beiden Darstellungen zuvor.
Der Leitflügel braucht wohl keine Profilierung, da er nicht "gezielt" angeströmt wird. Günstig scheint mir eine gewisse Materialstärke mit gerundeter Kante. Nur diese Rundung muss wohl in den Vorflügel eintauchen, und zwar so, dass Vorflügelhalbkreis und Kantenrundung konzentrisch liegen.
Bisher habe ich keine Vorstellung, ob eine gerundete Hinterkante eines gleichmäßig dicken Leitflügels oder eine spitz zulaufende einen Effekt macht, und wie evtl. die Kanten des Vorflügels besonders gestaltet sein sollten.

Jedenfalls sind jetzt genug Ideen da, und es soll endgültig an Modellen getestet werden.

Rundling
Zuletzt geändert von Rundling am So 25. Jul 2010, 11:28, insgesamt 5-mal geändert.
Rundling
 
Beiträge: 30
Registriert: Mi 21. Okt 2009, 18:41
Wohnort: in Nordbayern

VorherigeNächste

Zurück zu C- Rotor



Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 12 Gäste