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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 3. Vorlesung Bionik I Vom Vogelflügel zur Windturbine BERWIAN Technische Kopie eines biologischen Prinzips Weiterverwendung.

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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 Möve im Aufwind an einer Klippe Albatros im dynamischen Segelflug Die Portugiesische Galeere segelt am Wind

3 Was hat der Vogelflügel mit einer Windturbine zu tun

4 GROWIAN Große Windkraft Anlage (1985) Leistung = Drehmoment Drehzahl Der Fluch von Growian 18 U/min ( genau: P = M ) 3 MW ?

5 Traum der Windkraftingenieure Der Windkonzentrator !

6 Trichter Paradoxon Aus folgt (Kontinuitätsgleichung !) Wenn der Wind den Trichter nicht umströmen würde Windleistung:

7 Aus der Zeitschrift Sonnenenergie 6/86 Erfinder-Latein Trichterdurchmesser: 10 m Windgeschwindigkeit: 10 m/s Nennleistung: 170 kW 20 kW

8 Vom umgedrehten Trichter zurMantelturbine K = 3,5

9 Windenergie aus Wirbeln ?

10 Deltaflügel als Windkonzentrator K = 1,7

11 r d v d s s r v d sin 4 d 2 = Strömungstechnik r d H d s I s r I H d sin 4 d 2 = Elektrotechnik Das B IOT -S AVART sche Gesetz Kupferdraht Wirbelfaden

12 Magnetspule und Wirbelspule H = Magnetfeldstärke I = Stromstärke v = Strömungsfeldstärke = Wirbelstärke w = Windungszahl l = Länge der Spule

13 Wirbel- Ringe Wirbel- Spule Strömungsbeschleunigende Wirbelsysteme

14 Wie lässt sich eine Wirbelspule erzeugen ? Wie lässt sich ein Wirbelfaden erzeugen ? Randwirbel am Tragflügel Wirbelintensität Auftriebsbeiwert Anströmgeschwindigkeit Flügeltiefe

15 Rotierender Tragflügel mit Randwirbel erzeugt eine Wirbelspule

16 Doppelte Wirbelspule eines Propellers Propellerstrahl

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 zur Konzentrator-Windturbine Vom Windkonzentrator

22 Wirbelspule an einem Tragflügelstern

23 BERWIAN – Berliner-Windkraft-Anlage Auf der Bundesgartenschau in Berlin 1986Auf dem Kaiser Wilhelm Koog

24 BERWIAN: Freilandversuche (1984 – 1988)

25 Freilandversuchsanlagen (1984 – 1989)

26 Wellenmodell der doppelten Wirbelschichtspule Kinematische Bedingungen Randbedingungen Wirbelbedingungen BERWIAN -Theorie

27 Ergebnisse der Theorie Auftriebsbeiwert Flügelzahl Flügeltiefe Konzentratorbeiwert

28 Definition - Konzentrationsfaktor Rotorleistung mit Konzentrator Rotorleistung ohne Konzentrator K mit c a = 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 Windabbremsung durch einen Rotor zu stark zu schwach optimal

31 Die Theorie liefert maximalem Wirkungsgrad für: F Wirkungsgrad (B ETZ scher Leistungbeiwert)

32 Multirotor-BERWIAN

33 1. Klassische Windturbine D D 2. Konzentator-Windturbine Bei gleichem Stirndurchmesser D ist P2 maximal ½ P1 (geschätzt)

34 Ionen- BERWIAN

35 Windpark in den USA Zukunftsvision: Statt 200 Normalanlagen ein Multirotor-BERWIAN mit 1000 m Höhe

36 Ende


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