Konzeption und Bau eines Windkanals

[Daniel]

An anderer Stelle (viewtopic.php?f=19&t=522) hatte ich ja schon geschrieben, dass ich mir ein paar Gedanken zu einem Windkanal machen wollte. Hier nun das vorläufige Ergebnis:

Grundsätzliche Anforderungen:
- Der Windkanal soll Rotoren der maximalen Größe 50 x 50 cm (D x H) aufnehmen können
- Die Windgeschwindigkeit soll reproduzierbar variabel sein
- "überschaubares" Budget

Aufbau:
Als Aufbau stelle ich mir einen an 4 Seiten geschlossenen "Kasten" in den Abmessungen 60 x 60 x 100 (B x H x L) cm vor. Die 5. Seite des Kastens ist offen, an der gegenüberliegenden 6. Seite befinden sich Lüfter. Bei einem Rotor von 50 x 50 cm wären also (aus der Windrichtung betrachtet) ringsherum 5 cm Luft zu den Wänden. Aus Platzgründen ist das System "offen" - also es besteht kein geschlossener Luftkreislauf.

Die Länge von 100 cm reicht hoffentlich aus, um eine möglichst laminare Strömung erzeugen zu können. Es wäre aber kein großer konstruktiver Aufwand, den Kasten später zu verlängern.

Die gleichmäßigste Strömung im Windkanal verspreche ich mir, wenn die Luft nicht in den Kanal hinein geblasen wird, sondern aus dem Kanal abgesaugt wird. Zum anderen müsste dies die Leistung (P_nutz) am Rotor erhöhen, wenn man folgende Überlegung anstellt:

P_vor = P_nutz + P_nach

P_vor -> Leistung vor dem Rotor
P_nach -> Leistung hinter dem Rotor
P_nutz -> vom Rotor "geerntete" Leistung

Den Wind möchte ich mit 36 Lüftern erzeugen, so wie dies schon mal an anderer Stelle hier im Forum gemacht wurde. Dabei soll die Versorgungsspannung der Lüfter regelbar sein. Bei 36 parallel geschalteten Lüftern kommen einige Ampere zusammen, so dass die Ansteuerung mit einer PWM-Spannung anstelle einer Längsregelung erfolgt. Das PWM-Steuersignal stammt aus einem "IO-Board" (habe ich noch in der "Bastelkiste" gefunden), das per Netzwerkkabel am Computer angeschlossen ist.

Nun hoffe ich, dass die bestellten Lüfter bald bei mir eintrudeln, um den Ideen Taten folgen zu lassen. Dann gibt es auch Bilder

Grüsse - Daniel

[CAD&Co]

Die Luftsrömung eher laminar zu bekommen, ist eigentlich günstig machbar.
Möglichst dicke und glatte Strohalme kaufen und diese im Luftstrom einbauen.
Kleinere quqaratische Pakete mit Kebeband umwickelt, erleichtern die Handhabung
und verhindern, dass alle Strohalme daher fallen.

Bei Ebay 500 Strohalme 8mm Durchmesser 4,65Euronen.

[CAD&Co]

Bei Ebay, unter 50cm Lüfter, gibt es einen mit 8800qm/h für 130Euronen.
Spart auf jeden Fall einen Haufen Arbeit.

[Flo Celle]

Hay Daniel

ich bin vor knap einem jahr mit meinem windkanal vertig geworden ich werde mal morgen ein parr fotos und daten sowie videos online stellen vieleicht hilft es bei deinem vorhaben und ich kann dir ein par fehl entwicklungen und unnötige versuche erspraren
für einen srömungs gleichrichter habe ich noch ein parr hundert strohalme in 8mm über wenn du intresse hast können wir uns da bestimmt einig werden

Gruß flo

[Daniel]

Hallo Flo,

Danke für das Angebot. Irgendwo hier im Forum hattest Du schon mal ein paar Fotos und einige Daten von Deinem Windkanal eingestellt (hier war's: viewtopic.php?f=2&t=73&p=3612&hilit=+windkanal#p3612). Detailiertere Informationen sind natürlich immer willkommen. Ganz so stürmisch wie in Deinem, wird es in meinem Windkanal nicht zu gehen. Das ist auch gar nicht mein Ziel.

Ich hoffe durch die Verwendung mehrerer kleiner Lüfter eine laminarere Strömung hin zu bekommen, als mit einem großen Lüfter. Vielleicht bleibt mir so das Gebastel mit den Strohhalmen erspart. Zudem möchte ich die Lüfter noch so schalten, dass ich jeden zweiten ausschalten kann - das ganze im Muster eines Schachbretts. So kann ich ganz einfach die Luftmenge halbieren.

Wenn das Ganze aufgebaut ist, werde ich mit Räucherstäbchen die Strömung sichtbar machen und dann entscheiden, ob noch Strömungsgleichrichter erforderlich sind.

Ebenso will ich mit der Strömungsgeschwindigkeit verfahren. Ist sie zu gering, werde ich das Lüfterfeld vergrößern, die Messkammer jedoch nicht.

Grüsse - Daniel

[Bernd]

Es gibt einen sehr einfach Trick einen kleinen Windkanal mit sehr guter laminarer Strömung
zu bauen, man kehrt das Prinzip um.
Das heisst die Propeller drücken nicht Luft in den Kanal, sondern ziehen Luft hinein.
Die Propeller sitzen also am Ende des Kanals und davor steht das Windrad und die Propeller
ziehen saubere (weitestgehend) unverwirbelte direkt aus dem Raum in den "Saugtunnel".

Leider ist die Idee nicht von mir, allerdings ist sie auch nicht neu.

Grüsse

Bernd

[windsau]

Es gibt einen sehr einfach Trick einen kleinen Windkanal mit sehr guter laminarer Strömung
zu bauen, man kehrt das Prinzip um.
Das heisst die Propeller drücken nicht Luft in den Kanal, sondern ziehen Luft hinein.
Die Propeller sitzen also am Ende des Kanals und davor steht das Windrad und die Propeller
ziehen saubere (weitestgehend) unverwirbelte direkt aus dem Raum in den "Saugtunnel".

Leider ist die Idee nicht von mir, allerdings ist sie auch nicht neu.

Grüsse

Bernd

Uii, das bringt mich auf eine Idee mit dem neuen Staubsauger mit 2300 Watt.

[Daniel]

@Bernd: Die Idee mit der "saugenden Windwand" ist doch bereits Teil des Konzepts. Siehe ganz oben

@CAD&Co: Die 8800 m³/h hören sich erst mal viel an. Nach einfachem Dreisatz (ohne irgendwelche aerodynamischen Verluste!?) ergeben sich daraus aber "nur" ca. 6,8 m/s Windgeschwindigkeit bei der von mir geplanten Größe. Alles für stolze 129 Euro.

Für 121 Euro bekäme ich von "meinen" 121 Lüfter. Damit wäre dann eine Geschwindigkeit von circa 13,5 m/s möglich. ... bei (sehr wahrscheinlich) laminarerer Strömung und besserer Regelbarkeit. Eindeutig ein besseres Preis-Leistungsverhältnis.

Nicht berücksichtigt die bei den kleinen Lüftern entstehenden vielen kreisrunden Ausschnitte, die man noch zu einem Mobile verarbeiten und weiter verkaufen könnte

@windsau: Hat der Staubsauger auch eine Angabe, wie viel von den 2300 Watt in Luftdurchsatz umgesetzt werden? Ich vermute, dass sind 1000 Watt Wärme, 1000 Watt Krach und mickrige 300 Watt Luftbewegung.

Grüsse - Daniel

[Bernd]

Für 121 Euro bekäme ich von "meinen" 121 Lüfter. Damit wäre dann eine Geschwindigkeit von circa 13,5 m/s möglich. ... bei (sehr wahrscheinlich) laminarerer Strömung und besserer Regelbarkeit

Ich glaube nicht daran das du mit kleinen PC-Lüftern wesentlich mehr als 4 m/s erzielen wirst wenn überhaupt.
Andres "Windwand" lag bei ca. 3,5m/s. So ähnlich wirst du auch liegen.
13,5 m/s erscheinen mir daher illusorisch, außer es sind extreme Lüfter und jeder einzelne der
36 Stück hätte 40Watt oder so, denn bei 60 x 60cm Fläche enthält der Wind bei 13,5 m/s schon ca. 550 Watt
an reiner Windleistung.
Bezogen auf die nötige elektrische Leistung der Lüfter wären wir da vielleicht bei 1,5 Kw.

Ich selber habe mir schon vor ein paar Wochen einen 1,05 m 5 Blatt Propeller guter Qualität ersteigert, bzw. sogar zwei.
Aus dem Ding werde ich mit einem entsprechenen Elektromotor meinen "Saugantrieb" bauen.

Zu den Dimensionen.
Wenn ich den Windtunnel kaum grösser mache als das zu prüfende Windrad, dann hat der Wind nicht mehr die
Möglichkeit bei zu hoher Dichte des Windrades dem Windrad auszuweichen, so wie es in der Realität der Fall ist.
Der in Form gezwungene Luftstrom wird dann zwangsweise durch das Windrad hindurch strömen, ohne
das man den Effekt einer zu hohen solidity bemerken würde.
Leider kann man mit normalen Mitteln den Windkanal kaum so gross bauen um diesem Effekt zu entgehen.
Ich halte aber 60cm bei einem 50cm Windrad für sehr knapp bemessen.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Ein einzelner Lüfter kommt mit seinen 85 CFM bezogen auf seine Größe von knapp 1 dm² auf gut 4 m/s Windgeschwindigkeit. Inwieweit man jetzt durch Vergrößerung / Verkleinerung des Querschnitts im Windkanal auf niedrigere / höhere Windgeschwindigkeiten kommt, bleibt noch abzuwarten. Ich habe oben nach einfachem Milchmädchen-Dreisatz gerechnet: 3-fache Anzahl Lüfter -> 3-fache Luftmenge -> 3-fache Strömungsgeschwindigkeit bei unverändertem Windkanalquerschnitt.

Sicher treten an dem Trichter, der die Querschnitte von Windwand und Messkammer anpasst, Verluste auf, das ist mir schon klar. Ich werde mir auch einen "Windmaster 2" anschaffen, dann kann ich die Verluste und realen Wind-Geschwindigkeiten auch beziffern.

Die Enge im Windkanal sah ich zunächst als Vorteil an, weil sich weniger Wind an der Seite vorbei mogeln kann. Bernd, Du hast natürlich Recht, dass sich dadurch auch die Strömung im Rotor ändert.

Warten wir mal ab, wenn die Paketverfolgung von DHL stimmt, wartet seit gestern ein Paket mit den Lüftern vor meiner Haustür oder bei meiner Nachbarin. Im Laufe der kommenden Woche werde ich bestsimmt die ersten Bilder und evtl. auch schon Daten liefern können.

Grüsse - Daniel