Auslegung eines Rotors

Hallo zusammen,
ich versuche mich derzeit an der Auslegung eines Repellers in QBlade. Geplant ist ein Durchmesser von ca. 3 m. Als Profil habe ich zunächst NACA 4412 ausgewählt, da ich mehrfach die Empfehlung dazu gelesen habe. Als SLZ habe ich 5 gewählt. Ich hätte gerne eine etwas höhere SLZ aber ich bin davon ausgegangen, dass die sich dann ergebenen Profile zu schmal sind, um eine turbulente Anströmung zu erreichen.
Für die erste Erstellung der Blattgeometrie habe ich eine Reynoldszahl von 100.000 über die gesamte Länge verwendet. Ich habe erwartet, dass diese zur Blattwurzel hin zu hoch ist, aber wollte erst einmal eine grobe Form erhalten. Anschließend habe ich dann die Re-Zahlen der einzelnen Bereiche mit den sich aus der ersten Auslegung ergebenen Chordlängen berechnet. Bei einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s werden ab der Hälfte des Blatts Re-Zahlen von fast 80. Richtung Blattwurzel geht es dann über 60.000 bis runter auf 40.000. Bei 4 m/s passt die Annahme einer Re-Zahl von 100.000 ganz gut. Für eine zweite Iteration habe ich also in den Bereichen, die bei 4 m/s eine Re-Zahl von ca. 100.000 erreichen, diese weiterhin angenommen und Richtung Blattwurzel die Polaren für eine Re-Zahl von 80.000 verwendet. Nachfolgend die durch QBlade nach Schmitz bestimmte Geometrie als Screenshot aus dem Programm.


Ich habe vier zentrale Punkte, bei denen ich mir noch nicht sicher bin.
1. Ich habe etwas darüber gelesen, dass bei der von mir verwendeten Geometrieauslegung die Streckung der Profile nicht berücksichtigt wird und dies noch eine Anpassung erfordert.
2. Sollte ich zur Blattspitze hin ein symmetrisches Profil verwendet? Auch hier habe ich gelesen, dass das Vorteile mit sich bringt, auch bzgl. Lärm.
3. Wie groß ist ca. der Effekt, der durch den Einsatz von Turbulatoren erzielt werden kann?
4. Durch den großen Anstellwinkel in Richtung Blattspitze und die Breite des Profils wird für die Herstellung aus Holz leider ein recht breites und hohes Stück Rohmaterial benötigt. Gibt es hier eine sinnvolle Möglichkeit zur Verkleinerung?

Viele Grüße
Ventilator

Hallo

Einstellwinkel ist der Winkel wie die Blätter befestigt sind.
Anstellwinkel ändert sich sekündlich mit der Windströmung und ist ständig anders.
Aber die Aussage von CHE

"Wenn man da weiter liest:
Reduktion des Anstellwinkels von 8° auf 6° und zur Blattspitze hin bis auf 4° würde Abhilfe bringen. "

Ist schon mal die Erkentniß wie es richtig sein muß, und das aussen am Blatt, aber nicht berücksichtigt wird.
Man baut ja auch keine Wendeltreppe die nur innen nach oben, und aussen nach unten geht.
Das geht ja auch gar nicht , ausser bei Windanlagen.??
Da wird dann aussen nicht geerntet sondern verbraucht, um einen scheinbar guten Gleitwinkel ein zu rechnen.
Beim normalen Gleitwinkel geht es aber IMMER bergab ausser bei den Berechnungen für Windanlagen,?
Ich verstehe nicht das die Programierrer das nicht merken.
Dann macht mal so weiter mit max 20 % Wirkungsgrad und Anlauf ab 5 m/sek.
Wie war es mit dem Fahrrad nochmal -- 10 m Gefälle auf 100 m Weg sind immer noch Schnellaufzahl 10 !!!
Da entsteht beim bremsen auf SLZ 5 schon ein gewaltiges Drehmoment !

Gruß Aloys

Zu den speziellen Fragen von Ventilator, die da wären:
1. Ich habe etwas darüber gelesen, dass bei der von mir verwendeten Geometrieauslegung die Streckung der Profile nicht berücksichtigt wird und dies noch eine Anpassung erfordert.
2. Sollte ich zur Blattspitze hin ein symmetrisches Profil verwendet? Auch hier habe ich gelesen, dass das Vorteile mit sich bringt, auch bzgl. Lärm.
3. Wie groß ist ca. der Effekt, der durch den Einsatz von Turbulatoren erzielt werden kann?
4. Durch den großen Anstellwinkel in Richtung Blattspitze und die Breite des Profils wird für die Herstellung aus Holz leider ein recht breites und hohes Stück Rohmaterial benötigt. Gibt es hier eine sinnvolle Möglichkeit zur Verkleinerung?

Zu 1: Wahrscheinlich ist das bei QBlade so. Daher ist wohl auch die gemessene TSR etwas höher als die simulierte. Auch kommen Messungen an den simulierten Cp nicht ganz ran, mal davon abgesehen, dass der nur für den Rotor alleine gilt, ohne Generator- und andere Verluste.
Auftriebsbeiwerte nach der Streckung zu reduzieren ist aber kompliziert. Zudem müsste die Streckung aus der Rotation auf die bei gleichmäßiger Anströmung umgerechnet werden. Ist mir schon gelungen. Mal sehen, ob ich das noch finde.

Zu 2: So war die Empfehlung von einem, der Blätter für Groß-WEA entwickelt hat.
Inzwischen würde ich das Arbeisprofil bis zur Spitze verwenden und zur Turbulation Zackenband aufkleben, z.B. dieses hier.
Etwaiger Ort s. dieses Foto
Ob das neben der Profiloberseite auch an der Profilunterseite nötig ist, ist offen.
ISTA macht das so, und erreicht damit sensationell leise Blätter. Zudem verbessert sich die Eignung bei niedrigen Re-Zahlen.
Damit dürfte 3. auch beantwortet sein.

Zu 4. Blatt evtl. erst bei z.B. 0,3 r/R voll ausprofilieren und zur Nabe hin so gestalten wie bei den Großen.
Anschließend mit Q-Blade überprüfen, ob das Anlaufmoment noch aus reicht.
(Multi-Parameter BEM-Simulation mit fester Drehzahl 0,01 u/min und Windgeschw. von 2 bis 6 m/s in Schritten von 0,5 m/s)

Auch die Auslegung nach Schmitz, ansich die richtige, bringt gegenüber der nach Betz flachere Blätter und zur Nabe hin schmalere. Haben allerdings dadurch etwas weniger Anlaufmoment.

Nur die Ruhe! Auch Drehmomente werden mit QBlade ermittelt, zudem der Rotorschub.

Die rechnerische Methode hat den Vorteil das man bestimmte Zusammenhänge vorhersagen oder bei Bedarf präzise wiederholen kann was nicht heißen soll dass das herangehen mit lernen in der Natur durch Beobachtung, Schlussfolgerungen daraus und Anwendung dieser Erfahrungen weniger wichtig wäre. Ich sehe da oft eine Hang der gegenseitigen Geringschätzung und Abgehobenheit der unterschiedlichen Lager.

Leonardo da Vinci hat seine Erfindungen auch durch Beobachtungen in der Natur gemacht, er war der -soweit die Überlieferung zurückreicht der erste Mensch der beschrieb dass die Libelle mit ihren Flügelpaaren gegenläufige Flügelschläge beim Fliegen ausfuehrt wenn sie in der Luft auf der Stelle steht.

Die meisten Menschen sind überhaupt nicht fähig die schnellen Flügelschläge so genau zu beobachten um das festzustellen das die Flügel eines Flügelpaares - die Libelle hat 4 Flügel - in unterschiedlichen Richtungen paddeln, gleichzeitig. Dazu gehören besondere Fähigkeiten die man sich auch mit Mathematik kaum aneignen kann.

Es sind Naturbeobachtungen die zu vielen Erkenntnissen führen die dann auch ohne Berechnungen zu wertvollen Erfindungen führen. Erst danach kommt das Rechnen zu seiner wichtigen Bedeutung!

Die Ägypter haben vor 3000 Jahren eine Solarpumpe erfunden die Wasser von einem niedrigen Nivel auf einen höheren pumpen konnte. Mit Sonnenenergie. Die Chinesen haben vor 1500 Jahren auch nicht viel rechnen müssen um lange vor uns ihre ersten Windmühlen bauen zu können.

Das mit der Solarpumpe vor 3000 Jahren glaubt Ihr nicht? Lest es nach im Buch Die Sonnenenergie und ihre industrielle Nutzung. Im Olyntus Verlag, von Augustin Mouchot

Nein, das ist nicht für jedes Windrad wichtig. Sondern nur, wenn die Blätter vorher falsch ausgelegt wurden.

Im Anhang eine richtige Auslegung für das Anliegen von Ventilator.
Was an Auftriebsbeiwert zur Blattspitze hin fehlt, bedingt durch den Nachlass an Anstellwinkel, ist durch mehr Blattbreite kompensiert. Somit wird an jedem Blattelement der Wind um 2/3 verlangsamt werden.

Zuzdem sind die Blätter durch Blattanzahl 5 recht zierlich und es genügt ein Holzquerschnitt von - sagen wir mal - 34 x 130.
(Angabe ohne Gewähr)

Wer meint, zu solchen Lösungen allein durch Intuition und Probieren zu kommen, ist ein hoffnungsloser Ignorant.

@ Ventilator:
Da verwendest Du bei QBlade also fast die neueste Version, die offensichtlich brauchbar ist.
Werde mal sehen, ob da alle Wehwehchen behoben wurden.

Zur Wirksamkeit verschiedener Turbulatoren hatte ich mal ne Abhandlung gelesen. Finde die nur jetzt nicht.
Das Zackenband würde ich so kleben, dass es mit den Spitzen bis zur Linie der größten Profildicke reicht, also hier wohl 30% cord.

Dem ist nicht so.
Sondern es liegt in der Kunst des Entwicklers, sinnvolle Anstellwinkel aus zu wählen, und die Auftriebsbeiwerte dafür.
Das Programm errechnet dafür die Einbauwinkel und die Profilbreiten.

Aber da Du die Mathematik gering schätzt ist das hier wohl gerade nicht Dein Tisch, oder?

Das Zackenband ist für die Eignung bei kleinen Re-Zahlen und zur Reduzierung des Geräuschpegels.

Und angebrachte Zurückhaltung eine Tugend.

Hallo

Die Aussage von CHE

" Sondern es liegt in der Kunst des Entwicklers, sinnvolle Anstellwinkel aus zu wählen"

Ist schon mal richtig, und die sind immer positief um Energie zu ernten und nicht negatief wie das Programm ausrechnet und dann Energie benötigt wie für ein Flugzeug.
Natürlich sind die Auftriebsbeiwerte höher mit - 1,4 ° leider ist das eine Bremsstellung und verhindert 50 % der Leistung zu ernten.
Da müste das Programm mal belehrt werden das das so nicht geht.
Beim Ansehen eines Rotors von der Seite her sieht ein " Entwickler" sofort das der Einstellwinkel nicht richtig ist und nicht liefern wird.
So könnte aus 20 % Wirkungsgrad (die im inneren Bereich geerntet werden )mal eben mit positiefen Winkeln auch 30 % und mehr gerntet werden.
Der Aussenbereich hat immerhin die gröste Fläche ab zu decken.

Gruß Aloys.

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