Darrieus-Modell

Aerodynamik erlernen
 
VM-Rotor
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Darrieus-Modell

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Gepostet: 10.04.2022 - 23:25 Uhr  ·  #1
Seit Jahren wenn nicht Jahrzehnten faszinieren mich Darrieus-Rotoren.

Nun habe ich ein kleines Modell gebaut, um mich mit den Eigenschaften eines solchen Rotors auseinanderzusetzen. Leider dreht es sich nicht :o
Ich habe leider eine Nebenforderung: die Profil-Höhe muss wesentlich geringer als die Profil-Länge sein.

Ich habe mich hier schon in den verschiedenstens Threads versucht schlau zu machen und ahne, dass dies nicht so einfach zu erreichen ist - die Turbulenz der Anströmung könnte eine Rolle spielen.

Nun zwei Bilder von meinem Versuchsmodell:
--- komme mit dem Attachments bzw. Media-Manager nicht zurecht; Bilder zu groß ---

Das ist auf einem 16"-Laufrad dessen Speichen ich wegen deren Luftwiderstand verkleidet habe. Das Laufrad hat eine sehr geringe Anlaufreibung und dreht sich bereits mit einem Gewicht von ca. 3 Gramm am Umfang bei waagrechter Drehachse - also bei 6mNm (Milli-Newtonmeter).

Habe bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 8m/s probiert. Was mache ich falsch - wo könnte ich etwas verbessern?
VM-Rotor
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 11.04.2022 - 00:20 Uhr  ·  #2
Carl
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 11.04.2022 - 07:57 Uhr  ·  #3
Du könntest bei dem Modell obenauf eine grosse Scheibe als Deckel zur maximal möglichen Vermeidung von Randverlusten setzen setzen. Dadurch dass du es unten schon völlig abgedeckelt hast weicht die Strömung dem Rotor als "Hindernis" wie abgelenkt etwas mehr nach oben aus trotz Deiner kurzen Abdeckkappen auf den Flügeln.

Allerdings mußt Du darauf achten, das Lager des Laufrades sauber, mit leichtem Öl geschmiert und sehr leichtgängig zu halten weil das bißchen Drehmoment der Profile kaum reicht bei wenig Wind den Losbrechmoment zu überwinden, geschweige denn ein Motörchen als Generator in Bewegung zu versetzen.
FamZim
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 11.04.2022 - 08:39 Uhr  ·  #4
Hallo

Es muß der Einstellwinkel geändert werden.
Die runde Nase vorn, (Mitte der rundung) muß den gleichen Abstand zur Achse haben wie das spitze Ende.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 11.04.2022 - 09:00 Uhr  ·  #5
VM-Rotor
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 11.04.2022 - 11:53 Uhr  ·  #6
Danke für die schnellen Reaktionen!
Zitat geschrieben von Carl
Du könntest bei dem Modell obenauf eine grosse Scheibe als Deckel zur maximal möglichen Vermeidung von Randverlusten setzen setzen.
Hm, dann wäre das Prinzip nicht mehr so sichtbar; ich habe aber eine durchsichtige Platte mit 0,3mm Stärke. Aber habe ich mit dieser nicht wieder zusätzlich Luftreibung an der Platte oben und unten?
Zitat
Allerdings mußt Du darauf achten, das Lager des Laufrades sauber, mit leichtem Öl geschmiert und sehr leichtgängig zu halten
Ah, das hatte ich vergessen: ich habe das Laufrad nach Wikipedia natürlich schon von Hand beschleunigt. Es läuft dann ca. 15 Sekunden - egal ob mit Wind oder ohne >_< Ich habe es auch mit einem Laubbläser versucht - da fürchtet man, dass dieser alles zerlegt.
Zitat geschrieben von FamZim
Es muß der Einstellwinkel geändert werden.
Die runde Nase vorn, (Mitte der rundung) muß den gleichen Abstand zur Achse haben wie das spitze Ende.
Ja, da war ich mir unsicher. Dachte halt dass die Strömung wenn sie mal anliegt nicht nur auf der Innen- sondern auch auf der Außenseite ihre Wirkung hat.
Zitat geschrieben von Che
Und sollte es dann ein Bisschen gehen: Die "Streckung" der Flügel ist sehr ungünstig! S. z.B. Abb. 9 in http://www.geopolos.de/Entwick…c528057650
Sehr interessanter Aufsatz, auch mit dem darin enthaltenen Link.
An anderer Stelle habe ich hier gelesen, dass breite Profile besser für den Anlauf bzw. bei Langsamlauf wären. Außerdem seien die unstetigen Windverhältnisse in Bodennähe im Garten ungünstig. Bezieht sich der Turbulenzbegriff lediglich auf die Schwankung der Luftgeschwindigkeit?
Es gibt ja zwei bremsende Kräfte, welchen den Auftrieb bzw. hier Vortrieb hemmen: der normale Strömungswiderstand, die Luftreibung des Profils und der ganzen Flächen der Speichenverkleidungen oben und unten.
Welche Reynolds-Zahl wird das Profil (wollte NACA 0024 machen, aber es ist eher ca. NACA 0026 geworden) wohl bei 5m/s haben? Es ist 105mm lang, 27mm breit und 35mm hoch.
Wieviel der Umströmung wird laminar, mikroturbulent oder gar abgerissen sein?
Windy Wolfi
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 14.04.2022 - 08:34 Uhr  ·  #7
hallo,
auch ich sehe, dass der Anstellwinkel nicht passt. Die Profilsehne sollte tangential auf dem Umfang sitzen, alsi rechtwinklig zur Radiuslinie.
Aber nicht das Profil ändern, wenn du das Profil jetzt so arg wölbst, dass die profilsehne der Umfangslinie entspricht, dann hast du kein symmetrisches Profil mehr. Dann bringt das auf der gegenläufigen Seite keinen Auftrieb!

Die Verkleidung ist ja Kegelförmig und geschlossen. Bis die Strömung an den hinteren Flügeln ankommt, ist sie wg. Wandreibung schon arg abgebremst (und wg. der Rotation auch noch stark verwirbelt). Der hintere Flügel wird also nicht viel abbekommen.

Berichte mal, wenn du die Profile richtig angestellt hast, obs dann geht. Meine Vermutung ist aber, dass die Flügelfläche schlicht nicht ausreicht um den Widerstand zu überbrücken bzw. kaum Nebenverbraucher bedienen kann. Aber ich bin mal gespannt.

Hast du die Leistung bzw. das Drehmoment bei einer Drehzahl mal errechnet? Und dann kannst du mal die Reibungsverluste berechnen. Hierfür einfach die Masse des drehenden Rades wiegen und über bekannte Formeln (Wiki) die rot-trägheit ausrechnen. Dann anschucken und messen, wie lange es dreht bis zum halt. (fahrradtacho für drehzahl dran?). rot-energie, die per Zeit abegaut wir ist dann die Bremsleistung. Das sollte dein Windrad also an theor. Leistung erbringen, sonst dreht das von wind aus nicht weiter.
Che
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 14.04.2022 - 12:55 Uhr  ·  #8
@ VM-Rotor:
Re-Zahl selbst berechnen! http://www.geopolos.de/Entwick…c528057649
Nimm zur Berechnung der Anströmung mal TSR 2,2 an! Anströmung also 2,2 * Windgeschwindigkeit.

Bei den Widerständen hast Du den sog. induzierten Widerstand vergessen. Also den, der sich durch die Randwirbel ergibt.
Der ist bei Dir wegen zu geringer Streckung riesengroß.
Zwar gibts unten auf den abgedeckten Speichen evtl. keinen, aber nach wenigen cm kommt ja schon das Ende des Flügels.
Auch nimmt die Auftriebskraft dadurch stark ab, weil sich der Druck von Saug- und Druckseite "wunderbar" ausgleichen kann.

Bereits bei Streckung 1:10, also Blatt 10 mal so lang wie breit, ist dieser Abfall 10%.
Kann man auch in Verhältnis Ca_real/Ca_Streckung unendlich ausdrücken.
Da verbleiben bei Streckung 1 nur noch 0,3 von 1.
Und da Du nicht mal 1 hast - fast Nichts, trotz Folienabdeckung be den Speichen.
http://www.geopolos.de/Entwick…age027.jpg

Das für den Fall, dass sich bei Dir garnichts tut.

Zum Profil: Es hat sich heraus gestellt, dass die symmetrischen die besten sind. Also NACA 00XY schon i.O.
Ansich geht man bei XY bis höchstens 25. Wenn es bei Dir 26 wäre, daran liegts nicht.
Carl
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 14.04.2022 - 12:59 Uhr  ·  #9
Du kannst es ja mal mit der kreisrunden Scheibe oben als Abdeckung versuchen. Weil ja die untere Seite durch eine Scheibe schon abgedeckt ist bedeutet das den kompletten Ausschluss von Randverlusten im unteren Bereich und damit ergibt sich für die Strömung eine erweiterte Tendenz nach oben auszuweichen. Hättest Du unten ähnliche Abschlusskappen wie oben an den Profilen so wäre ich nicht auf den Gedanken gekommen Dir so einen Vorschlag zu machen.

Ja und die tangentiale Anstellung der Flügel würde ich auch für besser halten, ebenso eine Beibehaltung der symmetrischen Form der Flügel. Vielleicht hilft es ein wenig, noch drei weitere Flügelprofile einzufügen, jedenfalls für den Fall dass Deine Wind-Testverhältnisse eher schwach bis mittelmäßig sind.(2 m/sec bis 4 m/sec.)

Und - weil es so kurze Flügelstummel sind mit sehr wenig Wirkfläche - das Lager sollte intakt, sehr leichtgängig, sauber und nur mit Nähmaschinenöl geschmiert sein.
Che
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 14.04.2022 - 21:52 Uhr  ·  #10
Zitat
Vielleicht hilft es ein wenig, noch drei weitere Flügelprofile einzufügen
Sowas ist eben Bastlertratsch.
Die TSR ist abhängig von der Solidity, dem Vehältnis der Flächen aller Blätter zur pojizierten Fläche des Rotors, also D*H.
Dazu folgende Kurve:

 


n: Blattanzahl; c: Cordlänge (Profillänge, Blattbreite); d: Rotor-D
(Darstellung schematisch, ohne Berücksichtigung von Profil, Streckung etc.. Daher hat Kurve Streubereich)

Nun könnte man sagen, alles gut. Geht doch bis TSR 1. Aber da ist der Cp ganz schlecht.

S. auch:

 


Ältere Darstellung. Inzwischen hat sich ein TSR von ca. 2,75 als optimal erwiesen.

Randscheiben brauchen eine gewissen Größe, um wirksam zu sein, s. Anhang. Ist vom alten Prandtl, sicher schon 100 Jahre alt.

Im weiteren Anhang auch eine Darstellung, was wo an Darrieusflügeln passiert. Entweder 3-Flügler in 2 Stellungen oder 1 augewählter Flügel in 6 Stellungen. Wind kommt von Norden. Sehr wesentlich ist aber die Anströmung (pink).

Da ist auch ersichtlich, weswegen es sinnvoll ist, die Blätter mit der Hinterkante etwas nach innen zu drehen.
Wenn Nasenkante und Hinterkante auf dem Laufkreis, ist das aber schon gegeben, da Bezugspunkt der Profil-Druckpunkt ist. Der liegt bei symmetrischen Profilen stabil beim Neutralpunkt. Der wiederum bei 1/4 der Profillänge, auf Nasenkante bezogen.
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Carl
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 07:45 Uhr  ·  #11
Das ändert sich definitiv mit der Geschwindigkeit der Strömung. Die optimale Solidity ist insofern kein fester Wert..

In meinem Beitrag hatte ich ausdrücklich von der Möglichkeit gesprochen es bei geringen bis mittleren Windgeschwindigkeiten 2 m/sec - 4 m/sec mit drei weiteren Flügeln zu versuchen.
Che
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 09:25 Uhr  ·  #12
Woher hast Du das?

Bei 2 bis 4 m/s tut sich beim Darrieus ansich garnichts. Ist er doch bezüglich Flügelstellung ein Schweranläufer.

Letztendlich baut man für die Geschwindigkeiten, die danach folgen.

Sinn meiner Ausführungen im Beitrag zuvor war, aufzuzeigen dass viel nicht immer viel hilft.
Zusätzliche Blätter können das Laufverhalten auch verschlechtern. Gilt auch für Normalwindräder.
VM-Rotor
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 09:43 Uhr  ·  #13
Zitat geschrieben von Che
Im weiteren Anhang auch eine Darstellung, was wo an Darrieusflügeln passiert. Entweder 3-Flügler in 2 Stellungen oder 1 augewählter Flügel in 6 Stellungen. Wind kommt von Norden. Sehr wesentlich ist aber die Anströmung (pink).

Dort kann ich einiges nachvollziehen, weiß aber nicht woher die 3,64 beim Profil in der obersten 0°-Stellung kommen und was gepunktete Linien darstellen.
Carl
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 09:57 Uhr  ·  #14
@ Che: Woher hast Du das?

Bei 2 bis 4 m/s tut sich beim Darrieus ansich garnichts. Ist er doch bezüglich Flügelstellung ein Schweranläufer.

Vergleiche einfach mal: Warum setzt man bei Horizontalläufern in Schwachwind Gebieten eher 6 Flügler als Dreiflügler ein? Diesen Zusammenhang muß man nicht zwingend 1 zu 1 auf Darrieusmodelle übertragen, dennoch ist auch dort ein solcher zu erwarten.
Che
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 10:14 Uhr  ·  #15
Zur Verbesserung des Anlaufs, nun gut. Würde sich aber beim Darr. dann beim Normalbetrieb möglicherweise negativ auswirken. Weil dann TSR zu niedrig und Cp auch.

@ VM-Rotor
Blau gepunktet Ist der Auftrieb, immer senkrecht zur Anströmung. Der teilt sich vektoriell auf in Normalkraft (braun), weniger wichtig. Und die grün gepunktete Tangentialkraft.
Die erzeugt jeweils den Vortrieb, am Druckpunkt des Profils angebunden.
Die 3,63 und andere sind keine absoluten Werte, sondern zeigen nur die Relationen.

Dein Windmesser im Zentrum, interessant. Zeigt aber nicht den wahren Wind! Zumindest nicht, falls der Darr. mal läuft. Von den Werwirbelungen mal abgesehen.
Wind wird nämlich durch die Wirkung der Blätter im Luvhalbkreis schon verlangsamt. Im Leehalbkreis weiterhin.
Laut Betz aber zusammen nur otimal um 2/3. (Mit einer Besonderheit, dass der Wnd im Lee-Halbkreis schon wieder etwas zugenommen hat. Double-Disk-Theorie. Aber das ist minimal.)
VM-Rotor
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 11:13 Uhr  ·  #16
Zitat geschrieben von Windy Wolfi
Die Profilsehne sollte tangential auf dem Umfang sitzen, alsi rechtwinklig zur Radiuslinie.
 

Hatte nicht die Profilsehne, sondern leider die Außenkontur als Maßstab genommen. Inzwischen hat es zwei Profile weggefetzt - der Sekundenkleber hält nicht.
Zitat

Dann anschucken und messen, wie lange es dreht bis zum halt. Das sollte dein Windrad also an theor. Leistung erbringen, sonst dreht das von wind aus nicht weiter.
Es dreht sich wie geschrieben 15 Sekunden lang.
Will nur demonstrieren, dass es sich überhaupt dreht.
Zitat geschrieben von Che

Nimm zur Berechnung der Anströmung mal TSR 2,2 an! Anströmung also 2,2 * Windgeschwindigkeit.
Bei den Widerständen hast Du den sog. induzierten Widerstand vergessen. Also den, der sich durch die Randwirbel ergibt.
Der ist bei Dir wegen zu geringer Streckung riesengroß.
Da verbleiben bei Streckung 1 nur noch 0,3 von 1.
Und da Du nicht mal 1 hast - fast Nichts, trotz Folienabdeckung be den Speichen.

Streckung ist bei mir also 34mm : 28mm - knapp über 1
Zitat geschrieben von Carl

Du kannst es ja mal mit der kreisrunden Scheibe oben als Abdeckung versuchen. Hättest Du unten ähnliche Abschlusskappen wie oben an den Profilen so wäre ich nicht auf den Gedanken gekommen Dir so einen Vorschlag zu machen.
das Lager sollte intakt, sehr leichtgängig, sauber und nur mit Nähmaschinenöl geschmiert sein.
Darf die Scheibe wegen der Luftreibung mitrotieren, oder sollte sie fest sein. Die vorhandene ist zu klein, müsste erst eine größere besorgen.
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 12:22 Uhr  ·  #17
Zitat
Streckung ist bei mir also 34mm : 28mm - knapp über 1
war bei Dir nicht die Profillänge 280 und die Streckung damit 0,1, wenn man überhaupt von ner Streckung sprechen kann. Selbst wenn sie durch die Folie am einen Blattende verdoppelt wird.

Fliehkräfte, ja. Die belasten bei Normalbetrieb wesentlich mehr als die Luftkräfte!
VM-Rotor
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 13:13 Uhr  ·  #18
Zitat geschrieben von Che
Zitat
Streckung ist bei mir also 34mm : 28mm - knapp über 1
war bei Dir nicht die Profillänge 280 und die Streckung damit 0,1, wenn man überhaupt von ner Streckung sprechen kann. Selbst wenn sie durch die Folie am einen Blattende verdoppelt wird.
Mich verwirren immer noch die Bezeichnungen des Darrieus-Profils:
Zitat geschrieben von VM-Rotor
Es ist 105mm lang, 27mm breit und 35mm hoch.
FamZim
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 14:11 Uhr  ·  #19
Hallo

Die 105 mm sind die Profiltiefe und die 27 mm sind die Dicke des Profils, das ist dann 25,7 prozent und gibt die Profildicke an.
Die 35 mm sind praktisch die Spannweite der " Fläche " und die Streckung dann 0,33 .

Gruß Aloys.
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Re: Darrieus-Modell

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Gepostet: 15.04.2022 - 15:14 Uhr  ·  #20
Da unten eine riesen Fläche auch Folie ist, welche an der Stelle wahrscheinlich Randwirbel verhindert, könnte es sein, dass die Streckung doppelt so groß ist. Aber immer noch verschwindend gering.
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