PowerPoint-Folien zur 3. Vorlesung „Bionik I“

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1 PowerPoint-Folien zur 3. Vorlesung „Bionik I“
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
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 Erfinder-Latein Trichterdurchmesser: 10 m Windgeschwindigkeit: 10 m/s
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 Deltaflügel als Windkonzentrator

11 r r a a I sin a d = d 4 p r G sin a d v = d s 4 p r d s I s d d s d v
Elektrotechnik Kupferdraht d s I a I sin a d H = d s r 4 p r 2 d H Strömungstechnik d s Wirbelfaden a G sin a d v = d s r 4 p r 2 d v Das BIOT-SAVARTsche Gesetz

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

13 Strömungsbeschleunigende Wirbelsysteme
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

16 Doppelte Wirbelspule eines Propellers
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 BERWIAN – Berliner-Windkraft-Anlage
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 Wellenmodell der doppelten Wirbelschichtspule
4 Kinematische Bedingungen 3 2 Randbedingungen 1 Wirbelbedingungen BERWIAN -Theorie Wellenmodell der doppelten Wirbelschichtspule

27 Ergebnisse der Theorie
Flügeltiefe Auftriebsbeiwert Flügelzahl Konzentratorbeiwert

28 K = Definition - Konzentrationsfaktor mit
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:
Wirkungsgrad (BETZscher Leistungbeiwert)

32 Multirotor-BERWIAN

33 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