Folie 1

1
Ingo Rechenberg
PowerPoint-Folien zur 3. Vorlesung Bionik I
Vom Vogelflügel zur Windturbine BERWIAN
Technische Kopie eines biologischen
Prinzips
Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle
gestattet
2
Windkraftnutzung in der Natur
Die Portugiesische Galeere segelt am Wind
Möve im Aufwind an einer Klippe
Albatros im dynamischen Segelflug
3
Was hat der Vogelflügel mit einer Windturbine zu
tun
?
4
GROWIAN
Große Windkraft Anlage (1985)
18 U/min
Der Fluch von Growian
Leistung Drehmoment ? Drehzahl
( genau P M ? w )
?
3 MW
5
Traum der Windkraftingenieure
Der Windkonzentrator !
6
Trichter Paradoxon
Aus
folgt
(Kontinuitätsgleichung !)
Windleistung
Wenn der Wind den Trichter nicht umströmen würde
7
Aus der Zeitschrift Sonnenenergie 6/86
Trichterdurchmesser 10 m Windgeschwindigkeit
10 m/s Nennleistung 170 kW
Erfinder-Latein
? 20 kW
8
K 3,5
Vom umgedrehten Trichter
zur
Mantelturbine
9
Windenergie aus Wirbeln ?
10
K 1,7
Deltaflügel als Windkonzentrator
11
Elektrotechnik
Kupferdraht
d
s
I
a
I
sin
a
d
d
s

H
r
r
4
p
2
d
H
Strömungstechnik
d
s
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Wirbelfaden
sin
a
G
s
v
d
d

r
r
4
2
p
v
d
Das BIOT-SAVARTsche Gesetz
12
Magnetspule und Wirbelspule
H Magnetfeldstärke I Stromstärke v
Strömungsfeldstärke G Wirbelstärke
w Windungszahl l Länge der Spule
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Wirbel-
Ringe
Wirbel-
Spule
Strömungsbeschleunigende
Wirbelsysteme
14
Wie lässt sich eine Wirbelspule erzeugen ?
Wie lässt sich ein Wirbelfaden erzeugen ?
Wirbelintensität
Anströmgeschwindigkeit
Auftriebsbeiwert
Flügeltiefe
Randwirbel am Tragflügel
15
Rotierender Tragflügel mit Randwirbel erzeugt
eine Wirbelspule
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Propellerstrahl
Doppelte Wirbelspule eines Propellers
17
Rabengeier am Zuckerhut
18
Wirbelspule an einem Spreizflügel
19
Selbstwicklung einer Wirbelspule
im physikalischen Modell
und in der Natur
20
Wirbelspulen
Vom Vogelflügel
zum Windkonzentrator
21
Vom Windkonzentrator
zur Konzentrator-Windturbine
22
Wirbelspule an einem Tragflügelstern
23
Auf der Bundesgartenschau in Berlin 1986
Auf dem Kaiser Wilhelm Koog
BERWIAN Berliner-Windkraft-Anlage
24
BERWIAN Freilandversuche (1984 1988)
25
Freilandversuchsanlagen (1984 1989)
26
Kinematische Bedingungen
4
3
2
Randbedingungen
1
Wirbelbedingungen
BERWIAN -Theorie
Wellenmodell der doppelten Wirbelschichtspule
27
Ergebnisse der Theorie
Flügeltiefe
Auftriebsbeiwert
Flügelzahl
Konzentratorbeiwert
28
Definition - Konzentrationsfaktor
Rotorleistung mit Konzentrator
K
Rotorleistung ohne Konzentrator
mit
ca Auftriebsbeiwert des Konzentratorflügels
t Tiefe des Konzentratorflügels
z Zahl der Konzentratorflügel
d Durchmesser der inneren Wirbelspule
D Durchmesser der äußeren Wirbelspule
29
Messung des ideellen Konzentrationsfaktors
30
zu stark
zu schwach
optimal
Windabbremsung durch einen Rotor
31
F
Die Theorie liefert maximalem Wirkungsgrad für
32
Multirotor-BERWIAN
33
D
D
Bei gleichem Stirndurchmesser D ist P2 maximal ½
P1 (geschätzt)
1. Klassische Windturbine
2. Konzentator-Windturbine
34
Ionen-BERWIAN
35
Windpark in den USA
Zukunftsvision Statt 200 Normalanlagen ein
Multirotor-BERWIAN mit 1000 m Höhe
36
Ende