Passiver Windkanal

FamZim

User
Hi mal was anderes

Da ich mit Verstellprops experimentiere mit hohen Steigungen, gibt es immer Strömungsabrisse im inneren Bereich der Props!
Um das zu verbessern plane ich nun einen Passiven Windkanal.

Der soll Ohne Gebläse arbeiten, denn die Testobjekte machen ja selber Wind!

Meine Vorstellungen gehen in Richtung Quadratischer Querschnitt im Propellerbereich mit doppeltem Propdurchmesser.
Davor und dahinter einen Trompetenförmigen Ein-bez-Auslauf bis auf etwa 3 fachen Querschnitt.
Dadurch soll am Prop eine normale aber stark beschleunigte Strömung endstehen, wie bei einem schon fliegenden Flugzeug.
So soll der Innenbereich auch aktiv werden und der Stömungsabriss vermieden.
Ein vermessen wie wärend des Fluges müste so doch möglicher sein.

Was haltet Ihr davon???

Gruß Aloys.
 
als Ahnungsloser halte ich nicht viel davon. Du hast (mir) irgendwie nicht darstellen können, wie sich die Prop-Aerodynamik in diesem Kasten von der im freien Luftraum unterscheidet. Ich denke, Du testest mit der Kiste statt "Standschub-Bedingungen" etwa "Bedingungen bei 5m/sec" statt der gewünschten 50m/sec oder mehr.

Bertram
 

FamZim

User
Hi Bertram

Ich hatte mehr an Geschwindigkeiten um die 20 m/sek gedacht und darunter.
Das ist sicherlich mit endsprechendem Querschnitt im Propbereich einzustellen.
Durch den Trichter vor dem Prop wird die Luft (relatief) gleichmäßig beschleunigt und trifft dann auch den Mittelteil mit endsprechender Geschwindigkeit.
Der Trichter hinter Ihm unterstützt die gleichmässige Strömung durch Expansion in der Aufweitung, die eine Verzögerung der Strömung zur Folge hat.
Durch die beiden Trichter sollte mit rel. geringer Antriebsleistung schon höhere Strömungsgeschwindigkeiten im Propbereich möglich sein, und damit die Fluggeschwindigkeit simuliert werden, und kein Strömungsabriß mehr erfolgen.

Ich erhoffe mir dadurch mehr Erkentnisse über den tatsächlichen Schub beim Verstellen des Propellers!
Mein momentanes Projekt hat 57cm Durchmesser und geht bis 1m Steigung.
Antriebsleistung 500 bis 600 W bei 2000 U/min.
Den Windkanäl muß ich natürlich zerlegen können, deshalb der eckige Querschnitt.

Gruß Aloys.
 
hi Aloys,

(nicht Alois?)

das hört sich sehr nach Perpetuum mobile an. Natürlich beschleunigt sich die Luft im Trichter vor dem Prop auf - ähem sagen wir mal 22m/sec im Propellerbereich. Ohne die viereckige Trichterbremse vornedran würde bei gleicher Leistung die Luft im Propellerbereich mit 25m/sec strömen ;)

Wenn Du den viereckigen Widerstand hinter dem ganzen Gedöns weglässt, erhöhen sich die Geschwindigkeiten wohl noch um jeweils 2 m/sec (rein gefühlsmässig geschätzt).

Die ganzen Impellerantriebe brauchen MEHR Leistung als die UDFs, die wir so normalerweise fliegen (unducted fans).

Bei Experimenten mit "hohen Steigungen" für 20m/sec verstehe ich nur Bahnhof - hohe Steigungen mit Propellerstall im Stand bzw. beim Start sind für mich was ab 50m/sec. Und 57cm Durchmesser bei weniger als 1PS Leistung (und 2000 rpm) muss ich erst mal verdauen. Das erinnert mich an die Gummimotor-Modelle, die in windstillen Hallen oder Bergwerken beinahe stundenlang vor sich hinquirlen...

Wenn Du den Prop bei Flugbdingungen untersuchen willst, wirst Du wohl einen aktiven Kanal brauchen. Du musst den Prop schon mit der "richtigen Luft" füttern, und diese nicht erst durch ihn selber erzeugen lassen. Man kann sich ja auch nicht selber aus dem Sumpf ziehen, auch mit Doppeltrichter nicht...

Wie bist Du auf den "passiven" Windkanal (der in Deiner Auslegung nur ein übler Fan ist) gekommen?

Bertram
 

FamZim

User
Hi Bertram

Ob Alois oder Aloys ?
Ich bin da nicht pingelich richtig ist sogar Aloysius ! !

Auf die Ide mit den Trichtern bin ich gekommen weil die Props von Vorne die luft haubtsächlich im Aussenbereich ansaugen und im mittelteil vernachlässigen.
Dadurch wurschteln Sie die Luft nach hinten.
Mit Vorlauftrichter wird das eingegrenzt und eine Strömung richtung Prop endsteht wie beim Fliegen.
Der Prop greift nun auch in der Mitte besser, den der Anstellwinkel ist kleiner geworden.
Die Antriebsenergie ist nun Bewegungsenergie geworden und wird nach hinten Verschenkt.
Durch den Trichter nach hinten Muß die beschleunigte luft aber einen glösseren Querschnitt ausfüllen und die Geschwindigkeit sinkt, ein niedriger Druck entsteht und unterstützt den Prop in seinem Bemühen im Propbereich eine "hohe" Geschwindigkeit zu halten.
Dadurch ist weniger Energie nötig.
Ein Perpetuum wird es zwar nicht aber 50 % könnte es schon bringen.
Nach meinen Erfahrungen habe ich den größten Schub beim verhältnis 1:1, also 57cm Duchmeser und 57cm Steigung.
Danach bricht der Schub ein, bei steigender Motorleistung.
Die soll ja auch nicht benötigt werden durch die steigende Fluggeschwindigkeit.
Ich hoffe mich nicht sehr (verzettelt zu haben) und alles verständlich ist.

Gruß Aloys.
 
also ich denk mal das das objekt der beobachtung
nicht gleichzeitig den wind erzeugen kann UND beobachtet werden

wird dir nichts anderes übrigbleiben als einen weieteren prop zu installieren und den verstellpropeller im "messraum" fest zu installieren


ich schlag dir folgende bauweise vor
ordentlich dickes kg-rohr (dies orangene abwasserrohr) min 2/3 messobjekt
durchmesser das ganze im ring oder angerundeten rechteck
auf der gegenüberliegenden sseite der messkammer die windmaschine
vor der messkammer eine gitterkonstruktion aus schmalen brettchen
flach angeschliffen zwecks unterdrückung von großen turbulenzen in der messkammer
diese kegelförmig aufweiten dadurch sinkt zwar die durchflussgeschwindigkeit
aber du erhälst einen ruhigeren luftstrom
uín der messkammer den propeller installieren
dann kannst du ausserhalb eine räucherkerze aufstellen und mittels eines biegsamen strohhalms durch eine bürstenleiste (damit nicht zuveil seitenluft eingesaugt wird den rauch an verschiedene stellen des propellers führen
und schon siehst du wann und wo deine strömung nicht das macht was du willst.
 
Hi..

das wird (aus vielerlei Gründen) nicht so funktionieren, wie du dir das vorstellst. Eine unvollständige, aber einfach verständliche Erklärung ist diese:

Durch die Strömung durch deinen Kanal entsteht ein Gesamtdruckverlust (Wandreibung etc.).
Deshalb wird der durch den Propeller zu überwindende Drucksprung nöch größer sein als bei einem Propeller "an der frischen Luft". Die Strömung im Nabenbereich hat Schwierigkeiten, gegen diesen Drucksprung anzuarbeiten (das ist ja genau das Problem mit der hohen Steigung) und wird dort ablösen.
Erst wenn du dem Propeller ermöglichst, über eine kleinere Druckdifferenz als im freien Standfall zu arbeiten bekommst du dort anliegende Strömung.

Das Problem ist u.A. , dass der Druckrückgewinn in deinem Diffusor (=hinterer Trichter) geringer sein wird als der Druckabbau im Einlauf (=Düse, vorderer Trichter). Ab Ende des hinteren Trichters muss aber (ganz automatisch)wieder derselbe Umgebungsdruck herrschen wie am Einlauf. Fazit: zum Erzeugen der Strömung ist ein größerer Druckaufbau durch den Propeller erforderlich, das ganze funktioniert noch schlechter als im Freien.

Einziger Ausweg: du hillfst dem Propeller mit einem entsprechenden Gebläse dabei, die Druckdifferenz des Kanalverlustes zu überwinden. Und siehe da, wir sind beim (aktiven) Windkanal gelandet.

Die imho einfachste Methode einen realistischen Testfall zu erzeugen ist ein bewegter Prüfstand, z.b. auf dem Dachgepäckträger eines Autos.. aber vorsicht, infolge der Verdrängung des KFZ ist die Anströmgeschwindigkeit dort merklich größer als die Fahrgeschwindigkeit. Der Aufbau eines vernünftigen Privatwindkanals ist aufwendig, teuer und ungenau.




Gruß

andi
 

FamZim

User
Hi
grüß Euch
auch den Neuen im Netz !

Wie ich sehe ist alles möglich und auch wieder nicht.
Mit dem Anblasen durchs (Wasserrohr) kommt man bestimmt der Sache schon sehr nahe, aber ich wollte mir den zweiten Antrieb eigendlich sparen.
Der Aufwand mit dem Diffusor ist bestimmt grösser.
Habe zwar nicht allzuviel Zeit aber ein kleiner Versuchskanal müßte noch drinn sein.
Nur ein speed 400 in so ein System halten und sehen was passiert.

Zu Versuchen mit dem Auto habe ich auch eine ganz andere Meinung.
Denn das Auto schiebt die Luft vor sich auseinander durch die Kraft der Räder getrieben, so das diese ZURÜCK und nach oben ,rechts und links ausweicht.
Dabei nimmt sie einen Teil der Geschwindigkeit vom Auto auf, und wenn Das durch ist, wabbert sie hinter dem Auto hinterher mit allerlei Wirbelbildung .Mit einer höheren Geschwindigkeit als das Auto hat ist da nix.
Die Schönen Aufnahmen aus Windkanälen sind nur Augenwischerei und Können nicht der Wahrheit endsprechen. Sehen aber vielsagend aus.
Was die Luft wann und wo macht kann mit einem Versuch mit ruhender Luft in der viele Luftteile farblich sichtbar ruhen gemacht werden.
Da hindurch wird ein Körper bewegt und man kann die wirkliche Bewegung der Luft studieren.
Davon lass ich mich nicht so leicht abbringen !

Grüß Euch trotzdem
Aloys
 
Hi..

basieren deine Ausführungen zur KFZ-methode auf Vermutungen oder eigenen Erfahrungen?

Aus Erfahrung: zu Beginn der hinteren Hälfte über dem Dach eines Opel Astra Kombi, mittlere 40cm des Daches, Abstand 5-40cm, herrscht eine phantastische Parallelströmung mit vergleichsweise geringem Turbulenzgrad. (verständlich, da bis dorthin druckABFALL vorliegt). Du kannst dort auch von ca. 20%-30% übergeschwindigkeit gegenüber der Fahrgeschwindigkeit ausgehen.. diese Geschwindigkeitsüberhöhung erfolgt zwingend aus der Kontinuitätsbedingung für Unterschallströmungen.

Niemand will dich von irgendwas abbringen, aber es gibt nunmal gewisse Erkenntnisse aus der Strömungsmechanik, die den Ausgang diverser Experimente prognostizierbar machen.


gruß

andi
 

FamZim

User
Hi zusammen

Gegen die parallele Strömung sag ich ja auch nichts und wenn man davon ausgehen kann das die Strömung 20 bis 30 % höher ist, lese ich zwischen den Zeilen das es noch nicht gemessen und nachgewiesen ist.
Bei versuchen im Windkanal muß die Luft ja auch am Testobjekt vorbei und hat dann eine höhere Geschwindigkeit wie im restlichen Kanal, aber draußen ist es anders denn die Luft kann den Druckanstieg hinauf bis ins Weltall ausgleichen.
Das mag im Endefekt den gleichen Wiederstand ergeben aber die Stömung ist Draussen "anders", und die Geschwindigkeiten auch.
Darum kann der Windkanal ja nicht groß genug sein.
Über weitere Erkentnisse grübelnt

Grüßt Aloys.
 

kurbel

User
FamZim schrieb:
aber draußen ist es anders denn die Luft kann den Druckanstieg hinauf bis ins Weltall ausgleichen.
.
Jein, du kannst davon ausgehen, wenn das Objekt im Kanal genügend Abstand von der Wand hat und kein Flügel ist, dass es der freien Strömung schon sehr nahe kommt. Und was lässt dich so sehr zweifeln, an der Beschleunigung der Potentialströmung in der Nähe des Autos? Nur zur Info, man kann es Messen, das ist noch nichteinmal so richtig schwer. In einem zu engen Kanal, würde zwar der wandeffekt die Beschleunigung verstärken, aber es gibt schließlich sogar Kanäle mit offener Messstrecke, und was passiert dann?

Kurbel
 
Hi..

deshalb darf man im Kanal auch nur bis zu einer gewissen "Verblockung" arbeiten und benötigt darüberhinaus ggf. sog. "Kanalkorrekturen", bei der aus der Druckverteilung am messmodell auf die Druckverteilung im freiflug umgerechnet werden kann..

die von mir erähnten 20-30% sind Messwerte, je nach Position.
Ich hab vor einigen jahren auf die "astra-methode" verschiedene Flügelräder für kleine Fahrtmesser auf Schalenkreuzanemometer-Basis kalibriert.


gruß

andi
 

FamZim

User
Hi

Ihr scheint ja gut bewandert zu sein und stopft mich mit Fachausdrücken voll.
Aber ich würde gerne diese Sachen richtig beGREIFEN, und nicht nur glauben weil es irgentwo steht.
Solange werde ich Zweifeln und Bohren.

Zweifel ist der Antrieb zum Forschen !

Gruß Aloys.
 

CHP

User
FamZim schrieb:
Ihr scheint ja gut bewandert zu sein und stopft mich mit Fachausdrücken voll.
Aber ich würde gerne diese Sachen richtig beGREIFEN, und nicht nur glauben weil es irgentwo steht.

Das ist keine so ganz leichte Kost. Eine Vermittlung der strömungsmechanischen Grundlagen dürfte die Möglichkeiten eines Forums bei weitem überschreiten.

Flugfisch und Kurbel haben ja schon einiges gesagt. Ich denke auch, dass du im Kanal Energie zuführen mußt.

Was konkret willst du eigentlich messen? Woraus schließt du, dass deine Strömung innen am Prop abreißt?
 

Andreas Maier

Moderator
Teammitglied
so wie du es vorhast ist es ein impeller im eckigen rohr.

desweiteren um die luft zum strömen zu bringen benötigst du energie.

nehmen wir an: um XXX liter luft mit 50 m sec durch das rohr/den kanal
zu blasen benötigst du 1000watt nun willst du deine ls bei diesen bedingungen
vermessen,wobei diese auch nochmal 600watt benötigt.

wieviel watt benötigt nun dein Antrieb um das gleiche ergebniss zu erhalten?
wie verhält sich dann das eta deines motors. die luft selbst ...drall etc.

nimm ein walzenlüfter und klimakanäle um die einströmende luft
ohne turbulenzen an deine ls gelangen zu lassen.


gruß Andreas
 
So ein Beinahe-Perpetuum-Mobile kann man schon bauen. Die großen Windkanäle setzten ja Leistungen um, die in Biblis die Drehzahl absinken lassen würden.
Was machen die also? Sie führen die Luft im Kreis. Die Windkanäle sind in sich geschlossen. Damit kann man auch mit relativ geringer Leistung die Luft auf ernorme Geschwindigkeiten bringen.
Voraussetzung sind dabei ausgkügelte Leitapparate in den Umlenkungen. Dort entstehen die höchsten Verzögerungen der Strömung und damit die meisten Turbulenzen und Ablösungen, die den ganzen Kreislaufeffekt zunichte machen können. Daher der Aufwand.

Was ich aber noch nie gehört habe ist, daß das zu testende Objekt die Strömung selber ezeugt. Normalerweise setzt der Windkanal mit seinem Gebläse die Luftgeschwindigkeit unverrückbar fest (geregelt, versteht sich). Das Testobjekt nimmt zwar Einfluß darauf, aber nur im Bereich weniger %.

Aber einen Versuch könnte man wagen, die Dimensionen sind ja modelltypisch klein, also gehen die finanziellen Dimensionen auch noch in ein normales Haushaltsbudget.
 

CHP

User
Bei "Jugend forscht" halt mal ein Teilnehmer einen Eifelwindkanal gebaut. Machen kann man so manches, aber unterschätzt den Aufwand nicht!
 
FamZim schrieb:
Hi
grüß Euch
auch den Neuen im Netz !

Wie ich sehe ist alles möglich und auch wieder nicht.
Mit dem Anblasen durchs (Wasserrohr) kommt man bestimmt der Sache schon sehr nahe, aber ich wollte mir den zweiten Antrieb eigendlich sparen.
Der Aufwand mit dem Diffusor ist bestimmt grösser.
Habe zwar nicht allzuviel Zeit aber ein kleiner Versuchskanal müßte noch drinn sein.
Nur ein speed 400 in so ein System halten und sehen was passiert.

Zu Versuchen mit dem Auto habe ich auch eine ganz andere Meinung.
Denn das Auto schiebt die Luft vor sich auseinander durch die Kraft der Räder getrieben, so das diese ZURÜCK und nach oben ,rechts und links ausweicht.
Dabei nimmt sie einen Teil der Geschwindigkeit vom Auto auf, und wenn Das durch ist, wabbert sie hinter dem Auto hinterher mit allerlei Wirbelbildung .Mit einer höheren Geschwindigkeit als das Auto hat ist da nix.
Die Schönen Aufnahmen aus Windkanälen sind nur Augenwischerei und Können nicht der Wahrheit endsprechen. Sehen aber vielsagend aus.
Was die Luft wann und wo macht kann mit einem Versuch mit ruhender Luft in der viele Luftteile farblich sichtbar ruhen gemacht werden.
Da hindurch wird ein Körper bewegt und man kann die wirkliche Bewegung der Luft studieren.
Davon lass ich mich nicht so leicht abbringen !

Grüß Euch trotzdem
Aloys

ähem ob sich ein objekt durch ruhende luft bewegt
oder ob luft an einem ruhenden objekt vorbeiströmt
ist gehupft wie gesprungen
du gehst nur von einem anderen bezugssystem aus
 

FamZim

User
Hi Felis

Das bestreite ich ja auch nicht, aber von einem anderen Punkt gesehen, sieht vieles gleich anders aus und führt auch zu einer anderen Erkentnis.
So müsste die Beobachtungskammera mal eben MIT der Luftströmung durch den Kanal um zu sehen wie die Luft sich verhält.
Sie zeigt sonst nur Steifen die im engen Bereich dichter zusammen liegen, und eine schnellere Strömung vortäuschen.
Dabei hat die Grenzschicht in wirlichkeit die niedrigste, obwohl sie ganz dicht am Testobjekt ist.
Grössere Geschwindigkeiten treten weiter vom Objekt auf.
Andere Beobachtungspungte lassen manches auch anders aussehen und bringen andere Erkentnisse mit sich.
Aber welche sind dann die richtigen.
Ich binn mir aber sicher das sie sich ergänzen und nicht wiederlegen.

Gruß Aloys.
 
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