Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 26.08.2021 - 15:14 Uhr  ·  #101
Hallo fho, der Kreis mit den verschiedenen eingezeichneten Positionen der jeweiligen Profile - mich wundern da die sehr geringen Werte auf der der Strömung abgewandten Seite, in Lee also.

Ich habe nie theoretische Berechnungen gemacht sondern mich mehr praktisch mit Windkraft befasst. Von daher wundert mich, dass in den Berechnungen und Simulationen der Impuls der sich aus der vom Flügel auf der Leeseite ablösenden Strömung ergibt keinerlei Beachtung findet.

Dort nämlich - während diesem Ablösevorgang - überwiegt meiner Vermutung nach der Vor- und Auftrieb des wahren Winddrucks gegenüber dem Vectoreffekt.

Bei Darrieusrotoren hört man es vielleicht nicht so deutlich wie bei anderen VAWT `s:

wupp,wupp,wupp! Das ist nicht nur ein Geräusch sondern auch ein Hinweis!
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 26.08.2021 - 18:04 Uhr  ·  #102
Das Profil in Luv wird nur auf sehr kurzem Drehkreisabschnitt im richtigen Anstellwinkel angeströmt um überhaupt aerodynamischen Auftrieb zu erzeugen wenn der Effekt der Vektorgeschwindigkeit geistig ausgeblendet wird.

Den Rest der Reise in Richtung Lee bewegt sich der Flügel in etwa die gleiche Richtung wie die Strömung weshalb von daher eigentlich wenig Vortrieb zu erwarten wäre.

Erst wenn sich der Flügel auf seinem Drehkreis wieder in Luvrichtung nach vorne bewegt bzw. von da an wo sich die Strömung vom Flügel als Wirbelschleppe ablöst - kurz nach Überschreiten des Zenits erhöht sich der mechanische Druck der Strömung auf den Flügel was sich dann dort als Vortriebsimpuls bemerkbar macht.

So verstehe ich das als Laie.

Nicht nur durch das Geräusch. Es ist vielleicht das, was den Rotor maßgeblich auf Touren bringt.
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 26.08.2021 - 19:13 Uhr  ·  #103
1. Wer versteht solche Grafiken flo, außer Du hoffentlich?

2. Wenn Du mal wieder Polaren erstellst. Ohne dazu geschriebene Re-Zahl sind sie sinnlos!
Die Re-Zahl zumindest so wählen, wie sie bei 7 m/s entsteht. Von der Häufigkeit zumindest bei weniger guten Standorten eine energetisch wichtige Windgeschwindigkeit.
QBlade nimmt die als Startbasis für die Simulation.

3. Die Fliehkräfte wirken beim Darr. wesentlich zerstörerischer auf die Blätter als die Luftkräfte.
Daher ist es sinnlos, dünne Profile zu nehmen. Es fehlt die Biegesteife.
Niedrig-Re Profile sind aber oft recht dünn und fragil.

4. Wenn irgendwo geschrieben stehen sollte, dass der Leehalbkreis angeblich mehr bringt:
Wissenschaft ist kein Garant für Wahrheit! Zumal es oft nur Simulationen sind.

5. Dass die Blätter auf einer Kreisbahn laufen, Windkanal-Messungen aber, als auch Simulationen lediglich für den geraden Luftstrom erfolgen, wird das irgendwo angemessen berücksichtigt?

6. Last not least:
Wenn Du dich lediglich reduzierst auf theoretische Erwägungen, aber sowieso keinen Darr. bauen willst,
kann ich mich eigentlich aus der Beratung zurück ziehen. Denn nur in der Praxis bekommt die Theorie, die bekanntlich grau ist, eine Farbe.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 06:39 Uhr  ·  #104
" Dass die Blätter auf einer Kreisbahn laufen, Windkanal-Messungen aber, als auch Simulationen lediglich für den geraden Luftstrom erfolgen, wird das irgendwo angemessen berücksichtigt ?"

Angemessen wohl eher nicht weil zu komplex. So habe ich es jedenfalls aus dem Mund von Experten.

"Wenn irgendwo geschrieben stehen sollte, dass der Leehalbkreis angeblich mehr bringt:
Wissenschaft ist kein Garant für Wahrheit! Zumal es oft nur Simulationen sind.."

Der Leehalbkreis auf Grund von abgeschwächter und verwirbelter Strömung aus der Luvseite wohl eher weniger, der Impuls, der auf das Blatt auf der Leeseite beim Ablösungsvorgang vom Blatt entsteht, sollte allerdings mit einbezogen werden zumal dies im Bereich bei optimaler Anstellung des Blattes zur allgemeinen Windrichtung geschieht.

Es wirkt bei jedem Durchlauf auf dieser Position wie ein Schlag auf das Blatt. Das Geräusch welches dabei entsteht, deutet auch darauf hin.

Ohne mich dabei auf Berechnungen einlassen zu wollen oder zu können vermute ich dort eine bei jedem Durchgang weit höher beschleunigende Wirkung auf die Rotation als im übrigen Drehkreis.
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 10:42 Uhr  ·  #105
Carl, es ist immer die Anströmung wichtig, in Größe und Richtung. Vergleichbar mit dem scheinbaren Wind beim Segeln.
Der ist vom Wert um die TSR größer als der wahre Wind.
Bei einem Eissegler z.B. mit TSR bis 5 kommt die Strömung von Vorn, auch wenn man vor dem Wind segelt!
Deshalb wird da auch vor dem Wind gekreuzt! Praxiserfahrung!

Nachdem ich den fho das schematische Bild im Anhang habe zukommen lassen (Wind kommt von Norden), immer noch zu meinen, im Lee-Halbkreis könnte energetisch mehr passieren, ist schon ein dicker Hund.

Sollte er sich daran stören, dass das von einem ohne Titel erstellt wurde,
das Folgende Schema ist von Prof. Gasch aus Gasch/Twele Windkraftanlagen 7. Auflage:

 


Hier kommt der Wind (V1) aus Süden.
Und wie bei mir auch ist sinnigerweise V2' kleiner als V2, und beide kleiner als V1.
(u ist der Gegenwind am Blatt, c die Anströmung, auf die es ankommt)

Der Auftrieb A ist in Wirklichkeit noch wesentlich kleiner als A, da V2' quadratisch da eingeht.
Und man beachte nur einmal, wie kurz der Hebelarm h' ist. Fast nicht vorhanden. Also auch deswegen vom Leehalbkreis nicht viel Drehmoment-Eintrag, trotz einigem Auftrieb.

Nun ist Auftrieb nicht Alles. Was fehlt ist der Widerstand am Blatt. Bei hohen Anstellwinkeln nicht unbedingt vernachlässigbar!
Beides kombiniert ergibt die wahre Luftkraft. Die ansich ist an zu setzen. Vor allem kommt generell der Streben-Widerstand dazu!

Was hier im Schema falsch ist, ist die Profilanordnung. Bin auch lange Zeit der Illusion aufgesessen, dass so das Profil sich auf der Kreisbahn benimmt wie ein symmatrisches im linearen Luftstrom.
Messungen haben aber ergeben, dass diese Art von Profilanordnung nicht viel bringt.
Asymmetrische, wenn schon, müssen genau anders herum eingebaut werden. Also mit der Wölbung zum Drehzentrum.
Erzeugen im Lee-Halbkreis aber wohl nur Widerstand

Man beachte, dass es nicht trivial ist, wo die Streben am Profil angreifen. Bzw. muss man mit Winkelkorrekturen arbeiten, wenn nicht bei 50% sondern am dicksten Punkt (30%) oder gar im Neutralpunkt (25%).
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 11:03 Uhr  ·  #106
"Carl, es ist immer die Anströmung wichtig, in Größe und Richtung. Vergleichbar mit dem scheinbaren Wind beim Segeln. "

Der "wahre Wind" ist mir keine unbekannte Größe...

Wichtig ja, und immer mit der Variablen der Windgeschwindigkeit mit dann voneinander abweichenden Werten. So z.B. hört man das charakteristische Wupp wupp bei Läufern mit geringem TSR bei stärkerem Wind deutlich akzentuierter, es lässt sich bei genauerer Beobachtung dann auch räumlich eindeutig auf den Sektor der ablaufenden Strömung im hinteren Quadranten zuordnen.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 12:13 Uhr  ·  #107
Hallo

Mal etwas zu den RE Zahlen.
Bei stehendem Rotor und egal welcher Windgeschwindigkeit ist die Rehzahl gleich Null.
Kleine Freiflugmodelle mit Flächenbelastung um die 12 bis15 g auf einen dm², benötigen schon eine Fluggeschwindigkeit von 5 bis 6 m/sek sonst = Stömungsabriß.
Die Profile sind schon sehr gewölbt und Unten hohl.
Rehzahl so 60 000 bei Profiltiefe von 15 cm.
Geht man von einem Gleitwinkel aus für 10 m Flug aus 1 m Höhe, ist der Wiederstand des Modells 1/10 tel des Modellgewichtes. (Flugzeit 2 sek ).
Genau so groß ist dann auch der Vortrieb.
Bei 100 g Gewicht also 10 g Vortrieb allein um die Geschwindigkeit zu halten.
Hat man diese Voraussetzung beim Windrad dreht es sich nur ohne Energiegewinnung, und die kleinen Rotoren sind genau in diesem Bereich .
Eigene Versuch brachten genau das Ergebniß mit dem gewölbten Puckel zu Achse hin, wie Che auch beschrieben hat.
Ausserdem arbeite Ich nicht mit Anstellwinkel zur Achse , sondern mit Abstand von Nasenleist und Abstand von Endleiste zur Achse, da gibt es sehr große Fehleinstellungen , aber die Abstände sind Maasgeblich, und die Nase sollte auch noch nach Aussenzeigen , bei Mir 10 mm ! bei 140 mm Profieltiefe.
Die Rotoren laufen dann schon bei leichter Luftbewegung allerdings ohne Generator.
Hier ist leider kein Wind der mal etwas anhält, sondern nur bewegte Luft ausser wenn es eigentlich stürmt.
Bei 3 m Wind und SLZ von nur 1 hat ein Blatt im Gegenwind dann 6 m/sek und richtung Lee keine Geschwindigkeit zur Luft.
Wenn ein Blatt vor dem Wind vorbeizieht ist die Luft dahinter auch ersmal abgestoppt und muß dann beschleunigt werden.
Deshalb ist im Lee eben eine geringere Windgeschwindigkeit als Vorne, ausserdem geht es nicht mehr grade durch sondern , bei Drehmomentabnahme schräge nach Lee hin.
Ist die Luft nur noch 50 % an Geschwindigkeit hat sie nur noch 1/8 an Energie !!
Also Energiegewinnung nur Vorne.
Um das zu verstärken haben Meine einen 5 Blattrotor.
Normale Windräder haben nur an der Blattspitze die hohe Schnellaufzahl, H Rotoren überall die gleiche.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 15:25 Uhr  ·  #108
Nur wenige Bemerkungen:

TSR 1 macht man beim Darr. tunlichst nicht, da hierbei der Cp sehr gering ist.
TSR um 2,75 hat sich inzwischen wohl als optimal heraus gestellt.

Dass sehrwohl auch im Leehalbkreis etwas Energie abgeerntet werden kann, das habe ich mit meiner umfangreichen Skizze ja aufgezeigt. Daher wohl scheinen symmetrische Profile noch immer am Besten zu laufen.

Über Spielzeuge, die im Betrieb mit Re 60.000 oder sogar weniger auskommen müssen, möchte ich mich nicht äußern.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 15:52 Uhr  ·  #109
Hallo

Na ja -- kleine Windräder sind ja auch nur Spielzeuge.
Flugzeuge, auch die großen, die einen Kreis fliegen haben immer die weniger gewölbte Flächenseite nach aussen und die stärker gewölbte zur Kreismitte, das kann ja nicht grundsätzlich verkert sein.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 16:02 Uhr  ·  #110
Speziell für den Carl: Scheinbarer Wind
Nur Eins wäre da zu bemängeln:
"Der scheinbare Wind fällt immer vorlicher ein als der wahre Wind, außer man fährt genau vor dem Wind (womit dann beide genau von hinten kommen)."
Für einen Äppelkahn mag das stimmen. Für einen Katamaran schon nicht mehr. Die können 2x so schnell sein, wie der wahre Wind und mehr. Damit kommt beim Kreuzen vor diesem die Anströmung, also der scheinbare Wind, nicht von hinten!
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 27.08.2021 - 17:14 Uhr  ·  #111
Tut mir leid wenn ich mich manchmal falsch ausdrücke. Es ist ja der Vorteil von wissenchaftlich klaren Regeln das man mit festen Bezeichnungen und Formeln etwas nachvollziehbares ausdrücken kann.

Menschen die sich kaum um dieses Vokabular gekümmert haben und mehr Zeit mit evolutionären Methoden des geht - geht nicht verbracht haben als mit dem Erlernen der Fachsprache für eine Beschreibung der Zusammenhänge sind da kommunikativ im Nachteil.

Mit wahrem Wind meinte ich nicht den wahren Wind der aus der Windrichtung kommt sondern den wahren Wind wie ihn das Profil des Rotors sieht. Also so als ob ich selbst das Profil wäre und beschreibe was mir da gerade geschieht.
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 28.08.2021 - 08:14 Uhr  ·  #112
Und das eben ist der scheinbare Wind oder die Anströmung.

@ Aloys nochmal:
Ich habe nichts gegen Flugmodelle, bis hin zum Saalflugmodell, wo die Re-Zahlen ja noch geringer sind.
Das alles funktioniert ja, weil die Anstellwinkel in Grenzen gehalten werden (bis auf Start und Landung manchmal).
Auch werden die gewölbten Profile nicht in den Rückenflug gezwungen. Es sei denn motorisch angetrieben. Da fliegt ja sprichwörtlich jedes Brett.

Zu kleine Darrieus aber können nicht aus dem Knick kommen, weil 1 bis 2 mal auf dem Umlauf das Profil wegen zu viel Alpha in den Stall gebracht wird, zuvor für die geringe Re auch schon zu viel Alpha vor liegt,
und weil es fast auf einem ganzen Halbkreis quasi im Rückenflug betrieben wird, ohne Motor. Als gewölbtes Profil!

Profilzuordnung im Kreisflug bei Modellen hat andere Gründe. Da geht es darum, der Fliehkraft entgegen zu wirken.
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