Leistungsvergleich Darrieusprofile

[luftikus]

Hallo Bernd,

Du hast vor kurzem folgendes geschrieben:

... Bei einem Rotor der mit einem TSR 2 dreht wirkt auf das Blatt auf der Gegenwindseite die dreifache Windgeschwindigkeit
wie auf der Mitwindseite. Da wo viel Windgeschwindigkeit wirkt kann man aber auch viel Enegie ernten. ...

Klingt logisch, aber ich glaube die Nutzung der in diesem Fall 3-fachen Windgeschwindigkeit ist die Herausforderung. Folgende Skizze läßt mich vorerst an Deiner Aussage zweifeln

Lift_Drag.bmp (351.62 KiB) 10933-mal betrachtet

Ich weiß nicht, ob ich was übersehen habe, aber dies sind zunächst meine Gedanken dazu:
Rot ist der auf den Flügel auftreffende Wind. Mal angenommen dieser produziert in abgebildeter Position Lift Richtung Rotor-Inneres (90° zur einfallenden Windrichtung). Unvermeidlich bleibt trotzdem die Drag-Komponente. Lift und Drag ergeben eine resultierende Kraft auf den Flügel. Durch Verlängerung dieser Resultierenden sieht man das die Kraft rechts am Rotationszentrum vorbei führt und somit eine Drehung im Uhrzeigersinn verursachen würde.
Bei verschiedenen Geschwindigkeiten für den Gegenwind würden sich die Pfeile zwar in der Länge ändern, aber die Richtung bleibt doch die gleiche und somit würde in dieser Flügelposition die resultierende Kraft doch immer eine bremsende Wirkung haben.
In meiner Skizze sieht es so aus, als ob eine Parallelverschiebung des Tragarms ans Ende des Flügels dafür sorgen würde, dass die resultierende Kraft den Flügel wie gewünscht nach Vorne (gegen den Uhrzeigersinn) zieht.

Wie denkst Du darüber? Hab ich da einen Denkfehler?

Gruß, Andreas

[Bernd]

Hallo Andreas, es freut mich das du Dir Gedanken über dieses Thema machst, denn leider ist es in den Diskussionen
um den Darrieus meist recht still.

Es gibt sicher Positionen im Kreisumlauf wo das Flügelblatt wenig oder keine Energie erzeugt oder wo
es gar rückwärts drehen möchte. Ich habe leider noch nie eine Grafik des Drehmomentverlaufs eines "0815" H-Rotors
mit Auftriebsprofilen bezogen auf die 360 Grad Kreisbahn gesehen. Für den C-Rotor habe ich sowas mal erstellt,
allerdings nur für den Drehmomentverlauf im Stand.

Ich bin mir aber recht sicher das der geringere Anteil der Nutzenergie auf der Mitwindseite erzeugt wird und
der grössere Anteil auf der Gegenwindseite.
Du hast dein Beispiel der Gegenwindseite an einem einzigen Winkel festgemacht, dem bei der der Tragarm
90 Grad zur Windrichtung steht. Ich glaube man muss da den ganzen 180 Grad Bereich betrachten und vor allen
dann auch die resultierende Windrichtung beachten.

Sebastian hat ja einen neuen Thread für gesteuerte Darrieus aufgemacht. Ich bin mir sicher das durch ein gesteuertes
Anstellen auf der Gegenwindseite noch mehr heraus zu holen ist als bei fester Montage.

Erstaunlicherweise bildet sich in Simulationen eines amerikanischen Tüftlers oft die grösste Unterdruckblase, und damit
vermutlich auch der grösste Vortrieb, wenn das Blatt auf der Querfahrt ist, aus Windrichtung vorne.
Hier mal der Link zu diesen Simulationen:

http://www.vawts.net/forum.spark?aBID=1 ... D=37843403

Grüsse

Bernd

[luftikus]

Ja, ich stehe von Zeit zu Zeit mit Steve in Kontakt, um uns über die Verbesserung der Strömungssimulation auszutauschen. Da ich mich kürzlich mit dem Magnus-Effekt befasst habe, finde ich es bei den Simulationsergebnissen schön zu sehen, dass dieser Effekt bei den Force-Diagrammen auch erkennbar ist. Es wirkt tatsächlich eine Kraft in "minus Y"-Richtung, genau wie Herr Magnus es prophezeit hat

Aktuell lassen wir beide parallel eine Simulation laufen, die ein schon mehrfach erwähntes TsAGI-B-Profil testen soll. Die Besonderheit ist witzigerweise genau die von Dir erwähnte Tatsache, dass es mehr Sinn macht, ein beim Flugzeug nach oben zeigendes Profil bei einem "Vertikalen" zum Rotationszentrum zeigen zu lassen. Aufgrund ähnlicher Gedanken hatte ich vor kurzem diese Variante in Augenschein genommen und Steve den Anstoss gegeben. Wenn gewünscht, präsentiere ich die Sim-Ergebnisse in ähnlicher Form wie Steve es bei vawts.net tut.

Ich weiß, alles nur unbestätigte Theorie, aber die einen sind halt schneller beim Basteln und Ausprobieren und die anderen kommen aus dem Grübeln und Rechnen gar nicht mehr raus. Meine bisherigen praktischen Versuche waren zugegebenermaßen so abwegig, dass sie erfolglos blieben und mich dazu trieben, zunächst der Theorie den Vorrang zu geben

Vielleicht könnten wir eine Symbiose schaffen indem wir mal feststellen, wie nahe die Simulation der Realität kommt. Bernd, Du hast doch schon ettliche praktische Tests auf Deinem Prüfstand durchgeführt. Ist da etwas dabei was ich mit konkreten Profildaten, Durchmesser, Windspeed, etc. mal simulieren kann, um zu sehen, wie dicht Theorie und Praxis hier liegen?

Gruß, Andreas

[Bernd]

Hallo Andreas,
Mit dem Tsagi Profil meinst du sicher das von Sebastian modifizierte und verbesserte Tsagi Profil ?
Oder meinst du das ursprüngliche Tsagi Profil ?

Steve aus dem VAWT Forum zeigt leider eine für mich nicht tolerable Art von Selbstüberschätzung.
Er zeigt private Nachrichten die er erhielt offen im Forum (wenn sie ihm nicht gefallen), löschte viele Beiträge diverser User
ganz nach seinem Belieben völlig grundlos und machte eigentlich was er wollte, für ihn gelten anscheinend keine Regeln.
Das was er über den Wert von Usern mit weniger Engagement oder Fachwissen denkt möchte ich hier besser nicht wiedergeben.

Ich mag es gar nicht wenn Menschen sich für "besser" oder "überlegen" halten !!
Deshalb pflege ich keinen Kontakt mehr zu ihm und dem leider durch ihn dominierten Forum.

Das er nicht von selber darauf gekommen ist das er die Profile die ganze Zeit falsch herum in seinen Simulationen prüfte
ist schon erstaunlich . Ab und an sollte man vielleicht auch mal die Theorien vergessen und mal real prüfen aber
das handwerkliche ist glaube ich nicht sein Ding. Er ist halt ein reiner Theoretiker.
Durch die 90 Grad Montage des Arms zur Chordline bei einem Mountpoint von meist 35% erzeugt er bei seinen
Simulationen einen Anstellwinkel "Nase zur Rotormitte" der die Ergebnisse total verfälscht.
Auch das merkt er anscheinend nicht. Ist vielleicht auch gut so.
Diesen Punkt solltest du aber unbedingt beachten(!) Es reicht nicht das der Arm 90 Grad zum Profil steht.
um auf ein AOA von 0 Grad zu kommen.

Natürlich kannst du gerne deine Erkenntnisse hier im Forum zeigen, was für eine Frage.
Du kannst jeden meiner Tests gerne als Simulation nachbauen.
Die Windgeschwindigkeit bei meinen Tests ist nicht zu bestimmen. Das liegt unter anderen daran das der Wind
nicht gleichmässig verteilt auf die Front des Rotors trifft sondern eher ringförmig den Propeller verlässt und außerdem
auch noch mit der Entfernung zum Ventilator abnimmt.
Der hintere Teil des Rotors wird also von einer geringeren Windgeschwindigkeit getroffen als der vordere.
Außerdem haben die Ventilatoren nur 40cm Durchmesser, der Rotor aber 50cm.
Man kann daher nur einen Durchnittswert schätzen. Ich würde mal schätzen 3,5m/s.
Damit kann ich aber auch daneben liegen.

Die Rotorhöhe und auch der Durchmesser betragen 50cm.
Welches Profil ich jeweils verwendete hatte ich in den Tests jeweils genannt.

Grüsse

Bernd

[luftikus]

Moin, moin Bernd,

ich sprach von dem ursprünglichen TsAGI Profil. Hab es im Applet Javafoil (http://www.mh-aerotools.de/airfoils/jf_applet.htm) ausgewählt und die Dicke von 12% auf 20% erhöht. Das Varieren der Dicke hat aus meiner Sicht einen für Vertikalwindräder bemerkenswerten Einfluss auf den Lift-Koeffizienten (Ca) eines Profils. Dabei sollte natürlich der Widerstandsbeiwert (Cw) so gering wie möglich bleiben. Dickere Profile haben außerdem einen größeren +/- Bereich für den Anstellwinkel, ohne in "STALL" zu gehen.

Welcher Art sind Sebastians Verbesserungen?

Ok, ich werd mir demnächst mal einen Test von Dir raussuchen und versuchen ihn mit geschätzter Windgeschwindigkeit 1:1 in der Simulation nachzustellen. Hoffe die Kurven die im VAWTs.net unter "Spinnoff Results" dargestellt sind genügen, um einen Vergleich mit Deinen Ergebnissen zu ziehen. Ansonsten muß ich mal sehen, ob ich anhand der aufgezeichneten Simulationsdaten weitere Plots hinbekomme

Vorab (wahrscheinlich zum x-sten mal):
- Wenn von Rotor-Radius die Rede ist, meinst Du die Strecke vom Rotor-Mittelpunkt zum äußersten Punkt des Rotors oder zum Mountpoint? Ich denke ersteres, oder?
- Kannst Du nochmal ein paar erklärende Worte zum AoA geben? Ich hab mir Dein Beispiel (MP 35%) mal mit einer simplen Platte auf ein Blatt Papier gezeichnet (Arm senkrecht nach oben, Platte 90° zum Arm, also genau in Windrichtung von links kommend) und sehe was Du meinst. Ein Kreis durch die Hinterkante der Platte zeigt deutlich, dass die Vorderkante ins Kreisinnere zeigt. Ich denke, dass ist es was Du meinst. ABER: Ich kann mir auch eine andere Denkweise vorstellen, die quasi den Mointpoint und den AoA getrennt voneinander betrachtet. Der Mountpoint ist dann einfach ein Punkt auf der Profilsehne (hier bei 35% von der Spitze) und der AoA ist, wie unter Anstellwinkel bei Wikipedia zu lesen,

...der Winkel zwischen der Richtung der anströmenden Luft v und der Profilsehne einer Tragfläche oder eines Rotorblatts.

Ich kann beide Sichtweisen nachvollziehen. Bei Deiner Sicht-/Bauweise wäre ein AoA von 0° mit der oben zitierten Erklärung erst erreicht, wenn der Rotorarm nicht mehr senkrecht nach oben steht, sondern schon etwas weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist. Richtig
Damit der AoA bei beiden Sichtweisen identisch wird, müßte der Rotor-Radius gegen unendlich gehen, nicht wahr Also bei Änderung des Radius müßte der AoA, wie Du ihn beschreibst (wenn ich Dich richtig verstanden habe), ständig angepaßt werden (wenn man an einen Nachbau denkt).

Und wieder ein Roman geschrieben, Sorry

Gruß, Andreas

[Roland]

Hallo Andreas (Luftikus),

Vielleicht kannst du ja mal das beiliegende Profil simulieren.
Ich hab das Windrad im vorigen Sommer gebaut, (viewtopic.php?f=4&t=731) und auch
ein paar Messungen durchgeführt. Allerdings sind diese sehr unvollständig und tw. fehlerbehaftet.

Angelaufen ist der Rotor bereits bei ca. 1m/s und man hat auch optisch sehr gut feststellen können, daß es sich nicht um einen reinen Widerstandsläufer handelt.

lg
Roland

[luftikus]

Moin, moin Roland,

wenn ich mich nicht irre, ist das http://www.vawts.net/forum.spark?aBID=125317&p=3&topicID=37843403 (Geh mal runter zum Datum 8 Sept. 2010) genau die Simulation die Du suchst.

Die Daten des Rotors in der Simulation sind allerdings andere. Genügt Dir das, oder möchtest Du, dass ich die Simulation mit Deinen Maßen wiederhole? Als Windgeschwindigkeit sollen dann 1 m/s angenommen werden?

Gruß, aJ

[Roland]

Hallo Andreas !

Wurde da ein Hohlprofil getestet ? (Schaut aus wie ein Vollprofil, oder täuscht das)

Mein E- Rotor hatte in Etwa ein Längen/ Höhen Verhältnis von Länge x Höhe von ca. 2:1 (200mm x 94mm), war innen hohl, und hatte Oben und Unten Endkappen drauf. (also eine etwas anderes Verhältnis als in der Simulation wo Länge x Höhe 7": 2" waren; Außerdem war das Verhältnis Länge zu Radius ganz anders....sehr kleine Profile, riesiger Durchmesser)
Mein Windrad hatte in etwa 50cm Durchmesser bis mitte Profil. (siehe Skizze)

Die Windgeschwindigkeit würde ich etwas höher ansetzen (bei ca. 2-3m/s).

Wäre Super wenn du die Simulation mit meinen Werten laufen lassen könntest !

lg

Roland

[seb]

Hallo,

Auf der Suche nach Möglichkeiten einen H-Rotor zu einem schnelleren Start zu verhelfen fand ich
heraus, daß wenn man ein Profil auf der Rückseite hohl ausführt sich dadurch einen ungemein höheren
Cw-Wert einhandelt. Das Profil bremst sich selber durch Rückströmungen in die Öffnung.
Auch habe ich versucht, eine gleichmäßigere Strömung durch Einsetzen von Lamellen zu erreichen.
Die Physik ließ sich leider nicht foppen...

Viele Grüße

Sebastian

[luftikus]

So Roland,
die Simulation ist gestartet, nun heißt es Geduld
Ich habe jetzt laut Deiner Skizze einen Außendurchmesser von d=0,5 + 0,094 angenommen. Als Höhe habe ich Deinem Baubericht 50cm entnommen und die Windgeschwindigkeit ist auf 3m/s gesetzt. Schätzen mußte ich bei dem Gewicht und damit dem Trägheitsmoment Deines Rotors. Je größer das Gewicht, je länger dauert es bis der Rotor in Fahrt kommt. Ich hab vereinfacht das Trägheitsmoment eines Hohlzylinders zur Berechnung genommen und als Masse 1,5kg angesetzt. Kann das passen? Egal, wenn das falsch ist, zieht sich lediglich die Simulation etwas in die länge oder verkürzt sich im Vergleich zur Realität.

Eine 1/10 Sekunde ist simuliert und wir haben schon ein RPM von sage und schreibe 0,175

Also Geduld, bin gespannt ob Du in den Simulationsergebnissen Deinen Rotor wiedererkennst

Gruß, Andreas