Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon herbk » Mi 5. Jan 2022, 21:21

Nachdem gerade ein paar Fragen zu H- Darrius Rotoren und deren Flügel Geometrie gestellt wurden, hier ein kurze Zusammenfassung:

Nach meiner, und der anderer Forenmitglieder, gemachten Erfahrung sind annähernd symetriesch Flügelprofile für den Darrius Rotor am besten geeignet.
Aus meinen Versuchen sind aktuell das hk01c und das DU-06_W-200 die an einem H-Rotor am besten arbeitenden Profile, beide sind speziell für diese Rotorform entwickelt.
In meinen Versuchen ist das hk01c dem DU-06_W-200 leicht überlegen, ich sage dies aber ausdrücklich unter dem Vorbehalt, dass dieses Profil von mir ist und es nur eigene oder von mir initierte Vergleichstest gibt, - ich zumindest keine anderen Tests kenne.

Outlines.png
Outlines.png (74.32 KiB) 6485-mal betrachtet


Ich verwende für die Vergleiche eine Flügeltiefe von 200mm für Dreiflügler mit einen Rotordurchmesser von 780mm. Ob diese Flügeltiefe für diesen Rotordurchmesser bereits das Optimum ist kann ich allerdings nicht sagen, lediglich, dass so wohl 180mm als auch 220mm schlechtere Werte ergeben. Dies gilt für beide Profile.
Auch zum "Anstellwinkel" möchte ich keine sichere Angabe machen weil es hier noch zu viele Möglichkeiten gibt die ich nicht probiert habe...

Falls jemand eines der Profile verwenden möchte, ich hänge beide als .dat File und im FreeCAD Dateiformat an. Für das hk01c erkläre ich hiermit auch, daß es nach dem Vorbild der Open Soure Sofware veröffentlicht ist, d.H. es darf frei verwendet und verbreitet werden. Zu welchen Bedingungen das DU-06_W-200 veröffentlicht wurde ist mir leider nicht bekannt.

Edit: OK, die Dateien sind jetzt angehängt. Vor dem Öffnen muss das .txt am Ende entfernt werden !
.FCStd ist eine FreeCAD Datei, - ist OpenSource Software und kann frei heruntergeladen und verwendet werden.
Dateianhänge
DU_06-W-200.dat.txt
(4.11 KiB) 83-mal heruntergeladen
DU_06_W_200.fcstd.txt
(73.57 KiB) 70-mal heruntergeladen
hk_01c.fcstd.txt
(34.46 KiB) 81-mal heruntergeladen
hk_01c.dat.txt
(2.77 KiB) 67-mal heruntergeladen
Zuletzt geändert von herbk am So 30. Jan 2022, 14:35, insgesamt 3-mal geändert.
Gruß Herbert
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon Bernd » Do 6. Jan 2022, 01:32

Danke für die bildliche Darstellung und vor allen auch dessen vergleichende Darstellung, deines selbst entwickelten Rotorprofils.
Bei dem zur Profiltiefe vermutlich gut passenden Rotordurchmesser (bei wieviel Flügeln im Rotorumfang eigentlich) dürften sich die genannten 280mm Rotordurchmesser
vermutlich um einen kleinen Tipfehler handeln?

Grüße

Bernd
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon herbk » Do 6. Jan 2022, 09:35

Guten Morgen Bernd,

Bernd hat geschrieben:Bei dem zur Profiltiefe vermutlich gut passenden Rotordurchmesser (bei wieviel Flügeln im Rotorumfang eigentlich) dürften sich die genannten 280mm Rotordurchmesser
vermutlich um einen kleinen Tipfehler handeln?


ja, da hast Du recht sollte 780mm sein, - habe es korrigiert und um die Anzahl der Flügel ergänzt.
Gruß Herbert
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon Bernd » Do 6. Jan 2022, 11:47

Oh ich dachte es hätte 280cm heißen sollen. 780mm bzw. 78cm, dafür erscheint mir die Flügeltiefe von 20cm doch recht groß zu sein,
aber du hast ja gute Erfahrungen damit gemacht.
Überhaupt scheint die Flächenabddeckung, genau wie vieles andere beim Vertikalrotor, vollkommen kontrovers beurteilt zu werden.
Beim Auftriebsläufer, also in diesem Falle H-Darrieus, vertreten einige die Auffassung das die Flügeltiefe extrem klein sein sollte.
Wie immer leiten sie ihre Meinung von den Erkenntnissen beim normalen horizontalen Windrad ab.
Einige Hersteller hingegen verwenden riesige Flügel die einem rein vom Gefühl her schon viel zu groß geraten erscheinen.

Die winzig kleinen Flügel werden vielleicht auch deswegen oft eingesetzt zu werden weil sie kostengünstiger zu erstellen sind.
Natürlich wird deren notwendiger Einsatz "pseudo sachlich" begründet.
Konstruktionen mit solchen super dünnen linealgleichen schmalen Flügeln haben auch jeden Fall mind. beim Anlauf Probleme.
Ich vermute aber nicht nur beim Anlauf...

Herbert wie bist du auf genau diese Dimensionen, insbesondere was die Tiefe (also die 20cm) anbelangt, gekommen?

Grüße

Bernd
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon herbk » Do 6. Jan 2022, 16:44

Bernd hat geschrieben:Oh ich dachte es hätte 280cm heißen sollen. 780mm bzw. 78cm, dafür erscheint mir die Flügeltiefe von 20cm doch recht groß zu sein,
Herbert wie bist du auf genau diese Dimensionen, insebesondere was die Tiefe (also die 20cm) anbelangt, gekommen?


na ja, die ersten Gedanken dazu habe ich mir schon vor langer Zeit gemacht...
http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=3&t=2171&start=110#p34818

Dieser, und noch ein paar weitere Versuche, haben in diese Richtung gedeutet. Ich habe dann allerdings den H- zu Gunsten des C-Rotors eine ganze Zeit nicht weiter verfolgt weil ich diesen Vergleich gemacht hatte

http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=2&t=2299&p=35539&hilit=hk01c#p35539

Weil der C-Rotor halt auch vieeel besser zu den bei mir vorherschenden Windgeschwindigkeiten passt habe ich dann erst mal mit dem weiter gemacht... Damals aber immer noch mit den Rotordimensionen 500 x 500 mm.

Der Wechsel zu den 78cm kam dann 2018/19. Ich wurde damals auf einer Veranstalltung der Schule von einer französischen Studentin auf das von uns ausgestellte Windrad angesprochen. Sie erzählte, dass es in Frankreich seit vielen Jahren einen Wettbewerb für Kleinwindkraftanlagen gibt und fragte ob wir nicht daran teilnehmen möchten, - die Klasse wollte...

Die Franzosen hatten das Rotormaß auf 780 x 780 mm festgelegt (war das Größe was in ihren Windkanal passte) deshalb haben wir natürlich auch in diesem Maß bauen müssen. War, wie sich im Nachhinein herausgestellt hat, kein Fehler, denn bei den größeren Rotoren lässt sich die Unterschied bei kleinen Veränderungen besser feststellen.
2019 hat die Klasse dann insgesammt mindestens 30 Rotore in der "Frankreichgröße" gebaut DU_W, hk01c, NACA 015 und eigene Kreationen. Die Flügeltiefe wurde von den Erfahrungen aus dem oben Verlinkten Test hochgerechnet. Da kommt etwa 220 mm Flügeltiefe raus, damit wurde dann etwas herumgespiel (eben in 20 mm Schritten), - 200 mm waren besser 180 wieder schlechter als die 200.
Mit 6 Rotoren (DU_W und hk01c jeweils in 180, 200, und 220) waren wir zu letzt noch im Windkanal der TU Nürnberg wo bis 90km/h Windgeschwindigkeit getestet wurde. Auch hier hat die 200 mm Flügeltiefe sich als die Beste erwiesen, - auch beim DU_W.

Der Frankreich Wettbewerb wurde dann wegen Corona (wäre genau in der ersten Lockdown Woche gewesen) nicht durchgeführt...
Gruß Herbert
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon Bernd » Do 6. Jan 2022, 20:26

Wenn ich mich nicht verrechnet habe dann erreicht deine Flügeltiefe mit 3 Flügeln ca. 25% Umfangsabdeckung, was echt ne ganze Menge ist.
Also die drei Flügel eines solchen Rotors, direkt hintereinander montiert, würden 1/4 des Kreisumfangs abdecken.
Auf jeden Fall würden alle selbst ernannten "Experten" aufschreien bei so riesigen Flügeln an einem H-Darrieus. :)

Das würde bei meinen angedachten Windradabmessungen aber zu gewaltigen Flügeldimensionen führen.
Bei einem 2m Rotor wären das dann schon ca. 50cm Flügeltiefe.
Bei einem 4m Rotor (in der Größenordnung baute unser Forenmitglied Udo ja mal seine H-Rotoren) wäre der Flügel dann schon gut 1m tief, das ist heftig.
Ich finde es sehr gut wenn das Ganze dann sehr effektiv dem Wind Leistung entzieht, aber so ein Flügel wird auch sehr schwer und die Fliehkräfte dann gewaltig.
Es wird glaube ich mechanisch nicht ganz einfach das in den Griff zu bekommen.

Es ist natürlich fraglich ob man die Dimensionen einfach so hochskalieren kann wie ich es jetzt tat.



Grüße

Bernd
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon herbk » Fr 7. Jan 2022, 18:17

Nein, Du hast Dich nicht verrechnet. :lol: :lol:

und ja, - bei großen Rotoren würden das ganz schöne Monster... Aber erst dann würde man wissen ob man das so einfach hochskalieren darf. ;)

Ich bin aber wohl nicht der Einzige der in diese Richtung denkt... Der Wettbewerb in Frankreich andem wir 2020 Teilnehmen wollten, - wir waren 2019 dort um uns anzusehen wie das abläuft und ich habe ein paar Bilder gemacht:

DSC02762.JPG
DSC02762.JPG (155.43 KiB) 6400-mal betrachtet


DSC02706.JPG
DSC02706.JPG (193.73 KiB) 6400-mal betrachtet


DSC02703.JPG
DSC02703.JPG (194.54 KiB) 6400-mal betrachtet


Alle Rotore haben auch 780mm Durchmesser, ist, wie schon gesagt, Reglementbedingt da sie sonst nicht in den Windkanal passen.
Der goldene Rotor auf Bild 2 war (wenn ich's richtig in Erinnerung habe) der beste Vertikalachser. Der Rotor in Rot und Blau sollte eigentlich gegenläufig arbeiten, - haben sie aber nicht in den Griff bekommen, es hat sich immer nur entweder die Rote oder die Blaue Hälfte gedreht.

Falls Dich interessiert was die Franzosen so machen hier der Link zu dem Wettbewerb: http://www.gimeole.fr/
Gruß Herbert
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon Bernd » Fr 7. Jan 2022, 23:19

Unstrittig scheint mir zu sein, das bei Verkleinerung eines Windrades die Flügel nicht einfach proportional mit verkleinert werden können.
Vereinfacht gesagt verkleinern sich nämlich die Eigenschaften der umströmenden Luft nicht, die Eigenschaften der Luft bleiben gleich.
So wird die Luft z.B. nicht plötzlich williger Richtungsänderungen an der Flügeloberfläche folgen können, nur weil das Windrad geschrumpft ist.

Aus diesem Grund müssen die Flügel von H-Rotoren überproportional groß bei kleinen Windrädern ausfallen !!
78cm Rotordurchmesser ist natürlich eine Größe die im Vergleich zu wirklich nutzbringenden Dimensionen noch winzig wirkt.
Ich meine damit, das man bei einem baugleichhen Windrad mit 7,8m Durchmesser die Dimensionen nicht einfach verzehnfachen kann um dort dann das
beste Ergebnis zu erzielen. Wie groß der Änderungsfaktor dabei aber ausfallen muss, das ist die große Frage.
Fraglich ist wie man das dann bewerten bzw. berechnen muss. Ich hätte im Augenblick auch keine Idee wie man da vorgehen könnte.

Immerhin entspricht eine große Flügeltiefe im Grunde schon dem was ich auch denke, im Gegensatz zu vielen anderen "Experten", die auch nicht mehr wissen, aber sehr überzeugt
von ihrer eigenen Meinung sind.

Grüße

Bernd
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon Totte » So 9. Jan 2022, 19:12

Hallo Herbert,

das klingt ja spannend mit dem Wettbewerb im Windkanal.
Interessant finde ich auch die Idee des geteilten Rotors, ich vermute jeweils eine Hälfte soll den Rotor und die andere den Stator des Generators antreiben und man spekuliert auf die doppelte Generatordrehzahl?

Wie auch immer, ein Frage drängt sich mir auf wenn Du oft von " ... hat schlechtere Ergebnisse gezeigt" wovon sprichst Du dann bzw. was sind Deine Bewertungskriterien? Beispielsweise die elektrische Leistung am Generator? Drehzahl/Drehmoment and der Welle? Die erzielte Schnellaufzahl?
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Re: Flügelprofile für den Darrieus Rotor

Beitragvon herbk » Mi 12. Jan 2022, 08:10

Guten Morgen,

ich vermute jeweils eine Hälfte soll den Rotor und die andere den Stator des Generators antreiben und man spekuliert auf die doppelte Generatordrehzahl?


ja, so war das gedacht. Es hat sich aber immer nur eine Hälfte gedreht, weshalb könnte ich aber auch nur raten...


das klingt ja spannend mit dem Wettbewerb im Windkanal.


Spannend ist es, aber nicht wirklich aussagekräftig in Bezug auf die Praxistauglichkeit der Im Windkanal guten Windräder. Knackpunkt ist: Der Wind kann im WK nicht ausweichen, die Strömung verhält sich nicht wie in der Natur.

...wovon sprichst Du dann bzw. was sind Deine Bewertungskriterien?


Diese Vergleiche wurden alle nach dem gleichen Schema durchgeführt:
Über ein Gebläse eine bestimmte "Windgeschwindigkeit" erzeugt, gemessen wurden wie schnell und auf welche Drehzahl ein Rotor ohne Last beschleunigt.
Hatte ein Rotor seine maximale Drehzahl erreicht, wurde er mit langsamm steigender Last elektrisch gebremmst.
Gruß Herbert
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