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

Das ist aber schön.
Du bist hier außer mir wohl der Einzigste, der Blattauslegung mit wissenschaftlichen Mitteln betreibt.
Möglicherweise hast Du auch meine Abhandlungen unter http://geopolos.de/windkraft.html gelesen.

Zunächst mal, welche V. QBlade verwendest Du?
Ich hatte vor etwa einem Jahr mal nach gesehen, was es Neues gibt. Das aber gleich wieder verworfen, da sämtliche Achsen in den Grafiken mit Wissenschaftlicher Notation versehen waren. Also z.B. Gradzahlen nicht mit 1; 2; 3 sondern 1 exp 0 usw.

Daher verwende ich noch die V. 0.96.
Die geht gut zur Simulation, bei der Eingabe der Blätter und deren Optimierung hat sie aber ihre Tücken.
1. Es fängt damit an, dass bei den Blattpositionen der Hub-Radius (vom Generator bzw. der Nabe) abgezogen werden muss.
Zur Veranschaulichung die Eingabe für einen Rotor einer ISTA-Breze mit 2,10m D:



2. Werden bei der Simulation die richtigen Anströmwinkeln nach der BEM (Blade Element Momentum Theorie)
verwendet. Bei der Optimierung der Blätter aber die nach Betz, auch bei der Optimierung nach Schmitz.
(Ich hatte mit dem Projektverantwortlichen 4 mal Kontakt, bis es endlich begriffen wurde. Aber dann muss sich erst ein Student finden, der das mal ändert.)

3. Werden bei der Optimierung wohl immer die Anstellwinkel der besten Gleitzahl (für Streckung unendlich!) verwendet.

Es ist also besser, die Blätter mit EXCEL nach den Gleichungen von Betz oder Schmitz aus zu legen, veröffentlicht bei Gasch/Twele, Windkraftanlagen,
diese in QBlade ein zu pflegen, und dann zu simulieren.

Damit Du dazu in der Lage bist, werde ich Dich Teilhaben lassen an meinen dies bezüglichen EXEL-Arbeitsblättern.
Bei Dir, denke ich, sind die gut aufgehoben. Ich muss sie nur noch etwas schön machen.

Übrigens ist auch bei Dir zu sehen, was passiert, wenn von QBlade sklavisch die Anstellwinkel für die besten Gleitzahlen genommen werden: Die Twistwinkel zur Blattspitze hin werden negativ, und wirken damit dem Anlauf entgegen.
Zufällig zum Selben Profil hatte ich das vor Kurzem hier diskutiert: Forum/cf3/topic.php?p=75441#real75441

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

Zu Deinen speziellen Fragen in einem weiteren Beitrag.

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

Ich verwende den Begriff Einstellwinkel nicht, sondern Einbauwinkel, engl. Twist.

Das mit dem Anstellwinkel überlege Dir nochmal!

Wenn schon Vergleich mit der Wendeltreppe, so ginge es nicht am Rand runter, sondern nur weniger steil hoch.
Außerdem ist die Verlangsamung nicht allein Sache der Winkel, sondern auch der Breiten der Blattelemente.

Auch bei Propellern gibte es Anstellwinkel-Modifikationen. Nämlich deren Zurücknahme an der Blattspitze und Blattwurzel, auch für die Blattbreite. Dafür wird für Beides im Mittelteil etwas dazu gegeben, damit der Gesamtschub wieder stimmt.

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.

Hallo

Ja lernen ! das mache Ich in der Natur ! da ist das beste gleiten genau wie die Schnellaufzahl zb 5 oder 6 da kann der PC sich auf den Kopf stellen.
Und großer Auftrieb bedeutet sehr hohen Druck auf den Masst, und noch lange nicht großes Drehmoment, seht Euch mal ein Geodreieck an.
Da Ihr so gerne rechnet , rechnet doch mal den MPPT des Windrades aus , ja den gibt es auch dort, Drehzahl mal Drehmoment.
Was nutzt eine Drehzahl ohne Drehmoment, das seht Ihr doch beim Anlauf und merkt es nicht !

Gruß Aloys.

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

Hallo zusammen,
erst einmal vielen Dank für die Rückmeldungen. Das hilft mir weiter.
@Che:
Ich verwendete Version 2.0.8.3.
Das Problem mit dem Abziehen des Hub-Radius ist mir auch aufgefallen. In der von mir verwendeten Version kann ein Haken gesetzt werden, der das Problem direkt löst.
Die negativen Anstellwinkel sind mir auch aufgefallen. Ich hatte mich darüber gewundert und bin froh, dass es hier angesprochen wird.

Meine Überlegung hinter Turbulatoren war genau die Eignung bei niedrigen Re-Zahlen zu verbessern. Ich habe nur bisher leider kaum Infos dazu gefunden, wie groß der zu erwartende Effekt ist. Ich hatte eigentlich geplant, die Turbulatoren im Modell der Blätter vorzusehen und direkt bei der Fertigung zu berücksichtigen. Die Verwendung eines Klebebandes gibt hingegen natürlich die Möglichkeit nachträglich noch die Position zu verändern.

Viele Grüße
Ventilator

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

Hallo

Hier
Forum/cf3/topic.php?t=6999&page=3
Kann nachgelesen werden was zum Erfolg gefürt hat , und das ist für jedes Windrad wichtig, Minus 1 Grad pluß 6 Grad sind immerhin 5 Grad positief, und macht aus einem Standmodell ein arbeitendes Windrad.
Die 6 ° sind auf die ganze Fläche dazu gekommen !!

Gruß Aloys.

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.

Hallo

Falsch ausgelegt ! genau das ist es ja, die äusseren 25 % sind mit negativen Winkeln berechnet, und das sieht der Wind genau so.
Leider nicht der Berechner, der gibt im gelben Feld Werte ein die eigentlich ausgerechnet werden solten, was soll der PC den damit anfangen ?
Mit Zackenband Fehler aus zu gleichen ist doch der falsche Weg, besser mit Windschnittigen richtigen Winkeln ohne Strömungsabrisse arbeiten.

Gruß Aloys.

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.

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

Che - Forenumgang ist auch eine Wissenschaft!

Und angebrachte Zurückhaltung eine Tugend.

Hallo zusammen,
ich hätte nicht gedacht, dass mein Anliegen solche Diskussionen hervorruft
Ich bin Che sehr dankbar für die Auslegung. Fünf Blätter waren bisher für mich noch keine Option, da due Nabe meines Generators für drei Blätter ist.
Ich habe mir das Anlaufmoment in Qblade mit fünf Blättern angeguckt und sollte einen Anlauf bei unter 3 m/s erreichen.

Ich werde mich auf jeden Fall weiter mit der Auslegung von Blättern befassen. Schade, dass Qblade hier nicht richtig arbeitet.

Viele Grüße

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.

[...] Sieh Dir das Ergebnis der Rotorauslegung in Beitrag #11 an!
Habe ich da irgendwo negative Einbauwinkel?

[...]

Hallo

Da sind die Winkel schon 4,5 ° aber keine Berechnung von Dir, sondern vom Entwickler eingegeben.
Ich versuche nur die Berechnung von Ventilator wo der Winkel erst unter 1 m Radius positief wird (bei 1.5 m Blattlänge) zu korigieren.
Da arbeitet das Blatt nur im Innenbereich!
Ich bemängel nur die negatiefen bremsenden Winkel.

Gruß Aloys.