Title: Folie 1
1Ingo Rechenberg
PowerPoint-Folien zur 4. Vorlesung Bionik I
Vom Vogelflügel zur Windturbine BERWIAN
Verstehen und Kopieren eines biologischen
Prinzips
Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle
gestattet
2Windkraftnutzung in der Natur
Die Portugiesische Galeere segelt am Wind
Möve im Aufwind an einer Klippe
Albatros im dynamischen Segelflug
3Ahornsamen
Windkraftnutzung in der Natur ?
4Vom Vogelflügel zur Windkraftanlage
Was hat der Vogelflügel mit einer Windturbine zu
tun
?
5GROWIAN
Große Windkraft Anlage (1985)
18 U/min
Der Fluch von Growian
Leistung Drehmoment ? Drehzahl
( genau P M ? w )
?
3 MW
6Zurzeit größtes Windrad bei Brunsbüttel
(Schleswig-Holstein)
Höhe 183 m
Rotor Ø 126 m
Leistung 5 MW
7Traum der Windkraftingenieure
Der Windkonzentrator !
8Der Trichter als Windkonzentrator ?
9Trichter Paradoxon
Aus
folgt
(Kontinuitätsgleichung !)
Windleistung
Wenn der Wind den Trichter nicht umströmen würde
10Die Natur passt auf, dass keine Wunder geschehen
Der Trichter wird zum großen Teil umströmt
11Aus der Zeitschrift Sonnenenergie 6/86
Trichterdurchmesser 10 m Windgeschwindigkeit
10 m/s Nennleistung 170 kW
Erfinder-Latein
? 20 kW
12K 3,5
Als angestellten Flugzeugtragflügel deuten
Vom umgedrehten Trichter
zur
Mantelturbine
13Mantelturbine
14Tornado
15Windenergie aus Wirbeln ?
16Konzentrationsfaktor K 1,7
Deltaflügel als Windkonzentrator
17Energiekonzentration eines Wirbels
Geschwindigkeitskonzentration eines Wirbels
18Elektrotechnik
Kupferdraht
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Strömungstechnik
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Wirbelfaden
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Das BIOT-SAVARTsche Gesetz
19Magnetspule und Wirbelspule
H Magnetfeldstärke I Stromstärke v
Strömungsfeldstärke G Wirbelstärke
w Windungszahl l Länge der Spule
Konzentration des Geschwindigkeitsfeldes
20Wirbel-
Ringe
Wirbel-
Spule
Strömungsbeschleunigende
Wirbelsysteme
21Wie lässt sich eine Wirbelspule erzeugen ?
Wie lässt sich ein Wirbelfaden erzeugen ?
Wirbelintensität
Anströmgeschwindigkeit
Auftriebsbeiwert
Flügeltiefe
Randwirbel am Tragflügel
22Rotierender Tragflügel mit Randwirbel erzeugt
eine Wirbelspule
23Propellerstrahl
Doppelte Wirbelspule eines Propellers
24(No Transcript)
25Kann man einen Wirbelfaden auch ohne mechanische
Rotation zu einer Spule wickeln ?
26Rabengeier am Zuckerhut
27Wirbelspule an einem Spreizflügel
28Selbstwicklung von zwei gleich drehenden Wirbeln
im physikalischen Modell
und in der Natur
29Wirbelspulen
Vom Vogelflügel
zum Windkonzentrator
30Vom Windkonzentrator
zur Konzentrator-Windturbine
31Wirbelspule an einem Tragflügelstern
32Auf der Bundesgartenschau in Berlin 1986
Auf dem Kaiser Wilhelm Koog
BERWIAN Berliner-Windkraft-Anlage
33BERWIAN Freilandversuche (1984 1988)
34Freilandversuchsanlagen (1984 1989)
35Kinematische Bedingungen
4
3
2
Randbedingungen
1
Wirbelbedingungen
BERWIAN -Theorie
Wellenmodell der doppelten Wirbelschichtspule
36Ergebnisse der Theorie
Flügeltiefe
Auftriebsbeiwert
Flügelzahl
Konzentratorbeiwert
37Definition - 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
38Messung des ideellen Konzentrationsfaktors
39Wie viel Energie kann man mit einer
Windkraftanlage ernten
?
40F Rotorstirnfläche
41Leistungsbeiwert
Theoretische Maximalleistung einer Windturbine
42Windabbremsung durch einen Rotor
zu stark
zu schwach
optimal
Zusammenschnürung der
Stirnfläche
43F
Albert Betz (1885 1968)
Die Theorie liefert maximalen Wirkungsgrad für
44D
D
Bei gleichem Stirndurchmesser D ist P2 maximal ½
P1 (geschätzt)
1. Klassische Windturbine
2. Konzentator-Windturbine
45Quintessenz Die sich selbst wickelnde
Wirbelspule ist gegenwärtig das wirksamste
Prinzip, um in einer freien Strömung ein lokal
beschleunigtes Strömungsfeld zu erzeugen. Die
nach diesem Prinzip funktionierende
Konzentator-Windturbine BERWIAN kann durch eine
Geschwindigkeitsverdoppelung die Leistung eines
Windrotors ver8fachen. Die Geschwindigkeitskonzent
ration ist jedoch nicht zum Nulltarif zu
erhalten. Der bisher beste BERWIAN besaß einen
auf die Stirnfläche bezogenen cp-Wert von
0,33. Hier kann BERWIAN nicht mit einer
klassischen dreiflügelige Windkraftanlage
konkur-rieren, die einen Beiwert von cp 0,50
(85 des theoretischen Maximums) aufweist. Durch
weitere Entwicklungsarbeiten zur optimalen
Formgebung von BERWIAN sollte der
Leistungsbeiwert auf 0,4 gesteigert werden
können.
46Multirotor-BERWIAN
47Ionen-BERWIAN
BERWIAN Klassik
BERWIAN Fiktion
48Das Berwian-Prinzip als Sauglüfter
49Unterwasserturbinen
Für Energie aus dem Golfstrom
50Windpark in den USA
Zukunftsvision Statt 200 Normalanlagen ein
Multirotor-BERWIAN mit 1000 m Höhe
51Ende
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