Aerodynamik/Rolltest

[labella-baron]

https://www.velomobilforum.de/forum/...t-und-rollwiderstand.39472/page-5#post-741264

Ja, und es ist durchaus notwendig sich in Erinnerung zu rufen, was wir vor ca. einem Jahr diskutiert haben.
Vorallem bezüglich des Cw-Werts. Diese Tabelle ändert alles.
Und ich bin mit meinen Auswertungen ziemlich auf dem Holzweg. Der Ausdruck c*v^2 hat nur am Rande was mit CwA*v^2 zu tun !!
Auch mit der Anmerkung von gyps kommt langsam Licht ins Dunkel - aber andere Auswertungen benötigen noch viel Zeit.

Ich wollte bereits vorschlagen, die Cr-Werte über alle Versuche zu fitten und die anderen dann pro Gruppe.

Man darf Cv und CwA nicht getrennt betrachten!

 

[labella-baron]

Man darf Cv und CwA nicht getrennt betrachten!

Jetzt ist es richtig:

Wenn diese Simulation halbwegs stimmt, dann variiert der Luftwiderstandswert Cw sehr stark:
Edit: Siehe nachfolgenden Beitrag - einmal wenn das Zusammenfügen von Beiträgen bräuchte, erfolgt es nicht

Wenn man jetzt voraussetzt, dass oben Cr halbwegs richtig errechnet ist und wir einen geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand CrV vernachlässigen, so kann man den verbliebenen Widerstand als Luftwiderstand betrachten.
Zusammen mit der Stirnfläche A meines Evo-Ks von ca. 0,37m² läßt sich der Luftwiderstandswert Cw abhängig von der Geschwindigkeit errechnen. Analog zu obiger Tabelle habe ich die Werte bestimmt.

Es ergibt sich für die dreimal drei Rollmessungen folgendes Diagramm:


Damit sind Cw und CwA völlig ungeeignet, um den Luftwiderstand eines Velomobils zu charakterisieren!

Ob sich daran etwas ändert, wenn wir einen geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand CrV berücksichtigen?

 

[labella-baron]

 

[Leonardi]

Ob sich daran etwas ändert, wenn wir einen geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand CrV berücksichtigen?

Wenn man einen kleineren Cv-Wert nehmen würde, so würde der Cw-Wert mit steigender Geschwindigkeit nicht so stark abnehmen. Also nicht Cv=0 nehmen, sondern einen Wert zwischen Deinen Cv und 0. Dafür Cw etwas weniger Abfall nehmen, das würde besser passen. Aber wir sollten das mit Trennung messen und nicht raten.

Schau, die Simulation vom go-one sieht etwas flacher aus ob nun mit oder ohne Haube, hatte ich früher schon mal eingestellt:



***
Cw ist deutlich Geschwindigkeitsabhängig steht hier, was auch immer deutlich heißen mag, ich meine das werden wir durch Trennung messen können:



***
Schau mal die Graphik an Cw-Wert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit für einen Zylinder Durchmesser 15 cm. Was hier an einer bestimmten Stelle ein aufgeklebter Bindfaden (= Turbulenzdraht = Turbulator = machen aus der laminaren eine turbulente Stömung wo F=rho/2*CwA*v^2 erst Näherungsweise gilt) ausmacht. Da bekommt man große Erwartungen, das man noch was rausholen kann, wenn man nur in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich fährt. Vielleicht auch nur was rausklappbares oder aufblasbaren Schlauch, den man nur ab und zu mal braucht:

http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/112278-Turbulatoren?p=1038159&viewfull=1#post1038159



Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

Da bekommt man große Erwartungen, das man noch was rausholen kann, wenn man nur in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich fährt. Vielleicht auch nur was rausklappbares oder aufblasbaren Schlauch, den man nur ab und zu mal braucht:
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/112278-Turbulatoren?p=1038159&viewfull=1#post1038159

Ja, das wird immer verrückter.
Aber hast nicht du mal festgestellt, dass wir lediglich bis ca. 3km/h mit laminarer Strömung rechnen können.
Hat nicht jemand beim Rolltest mal mit an der Nase aufgeklebten Sand/Steinchen experimentiert und es hat nichts gebracht - @roland65 war's glaube ich nicht.

 

[roland65]

Hat nicht jemand beim Rolltest mal mit an der Nase aufgeklebten Sand/Steinchen experimentiert und es hat nichts gebracht - @roland65 war's glaube ich nicht.

Das waren Silikon-Noppen. Den Tipp hatte ich bekommen und gezielt damit getestet. Zu viele vorne aufgeklebt bremsen aber spürbar. D.h. dass zu viel Störung vorne die Aerodynamik durchaus zerschießen kann. Anders ist es hinten. Da bremst es nicht und verbessert spürbar die Stabilität - Rauhigkeit genügt hier aber. Fazit - man muss schon rel. genau wissen, was man erreichen will und wo man ansetzen kann. Wildes Experimentieren ist da eher nicht angesagt und führt nur zu unbefriedigenden und nicht aussagekräftigen Ergebnissen.
Gezielte Störungen braucht es z.B. auch, wenn es um Seitenwind geht. Aber das würde jetzt zu weit führen und es ist mir auch schon zu spät - ich muss Schlaf tanken für die Spezi.

VG, Roland

 

[Leonardi]

Aber hast nicht du mal festgestellt, dass wir lediglich bis ca. 3km/h mit laminarer Strömung rechnen können.

Ich hatte nur ein Speichenlaufrad gemessen und den Bereich wo es von laminar zu turbulent umschlägt eingezeichnet, Urteile selbst wo das ist. Das war ca. bei 30-40 km/h fließend und nicht plötzlicher Übergang, keinesfall schon bei 3 km/h.
https://www.velomobilforum.de/forum/index.php?threads/aerodynamik-rolltest.32880/page-51#post-791197

Hat nicht jemand beim Rolltest mal mit an der Nase aufgeklebten Sand/Steinchen experimentiert und es hat nichts gebracht

In Elfershausen nach den 9 Ausroll mit Steinchenband aufgeklebt, das war @jostein.
Er hat das gemacht, weil er sehen wollte ob die laminare Strömung durch die Steine früher in turbulente Strömung zerstört wird. In der Annahme, das turbulente Strömung einen größeren Strömungswiderstand hat (so wurde es ja überall behauptet) hat er angenommen, das es sich in verringerter Rollweite bemerkbar macht, was aber nicht eingetroffen ist. Es hatte keine Auswirkung.

Nach dem letzten Link in Beitrag #1184 kann man sich das auch so erklären:
Bei geringeren Geschwindigkeiten rollt es besser, weil es durch die Steinchen schon eher turbulent wird, der Cw-Wert schneller runter geht. Ab z.B. 60 km/h ist der Luftwiderstand durch das Steinchenband aber größer als ohne, so dass es in dem Bereich minimal langsamer rollt. Insgesamt ist es dann gleich weit gerollt. Diese Ausroll hat Jostein ohne Geschwindigkeitsaufzeichung gemacht. Es kam ihm nur auf die Rollweite an. So meine Erinnerungen.

Vielleicht hätten die Steinchen auch weiter weg oder an anderer Stelle sein müssen, das es einen Effekt zu messen gibt. Ich denke mehr nach oben und oder nach unten, wie die Turbulatoren an dem Zylinder quer angestömt.

Hier nur das Bild die x-Achse ist in m/s:
http://www.rc-network.de/forum/attachment.php?attachmentid=185652&stc=1&d=1218052232

Schau Dir mal das Video unten an (wmf Datei runterladen) und höre den Ton dazu (als Mikrofon sieht man eine hohle Drahtspitze). Das ist eines der besten Videos (Tragflügelprofil) die ich dazu kenne (ab 50 km/h hört sich auch das Speichenlaufrad deutlich turbulent an, ein mit glatter Plastik verkleidetes Speichenlaufrad jedoch nicht):
http://www.aerodesign.de/aero/umschlag.htm

Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

Das war bei 30-40 km/h und nicht bei 3 km/h.

Ich dachte eher an

Also wir kommen mit keinem VM in Viskosität für Luft unter Re=100.000, das ist etwa bei 3 km/h und Re=10.000.000 ist etwa 74 km/h. Bei Re=100 ist der laminare Luftwiderstand (F_luft prop. v) etwa dem turbulenten gleich.

 

[Leonardi]

Ich dachte eher an

Da ist etwas anderes gemeint.
Ich kannte nur die Cw(v) einer Kugel und nicht die von Velomobilen. Bei der Kugel ist ein interessanter Bereicht ab Re = 100.000 bis Re = 10.000.000 weil da der Cw Wert sich stark mit der Geschwindigkeit verändert.
Ich wollte wissen wo denn ein VM die Re = 100.000 bis Re = 10.000.000 hat und rechnete den Bereich von 3 km/h bis 74 km/h aus, wo diese starke Cw-Wert Abhängigkeit von der Geschwindigkeit stattfinden könnte. Also in dem gesamten Bereich 3 bis 74 km/h findet vermutlich der Umschlag statt und nicht bei 3 km/h .

Wenn man mal bei der Kugel genauer schaut:
https://www.velomobilforum.de/forum/index.php?threads/aerodynamik-rolltest.32880/page-53#post-796243
da geht es erst bei Re=300.000 plötzlich runter - muss man mal die Geschwindigkeit eines VM ausrechen. Der Kurvenverlauf Cw(v) ist aber beim VM nicht gleich wie bei einer Kugel. Es kann später oder auch eher runtergehen. Nach der Simulation und auch anderen Erfahrungen, wird es wie dort in der blauen Linie eingezeichnet beim VM etwa verlaufen.

Man findet fast keine andere Cw(v) Darstellungen von anderen Körpern als der Kugel. Die Kugel in Öl sinken lassen und die Geschwindigkeit berechnen, das ist ein klassisches Experiment, wo man leicht eine Cw(v) Kurve ermitteln kann. Andere Körper drehen sich und laufen nicht stabil im Öl runter. Da ist schlecht die genaue Kurve zu ermitteln, Miniatur VM an einem Draht senkrecht durch Schwerkraft runter ginge aber auch um die Kurve zu bekommen.

Kleine Kugel im Öl ist vergleichbar zäh wie VM in Luft.

Soll ich mal den Link suchen, wie man die Kurve der Kugel in Öl oder Wasser ermittelt ?
Schwerkraft = Reibungskraft setzen, Zeit mit Stoppuhr stoppen, so geht es los...

Gruß Leonardi

 

[ChristianV]

Hallo,

wenn ich es recht erinnere ist die Reynoldszahl das Produkt der (Luft-) Dichte mit der Geschwindigkeit und einer charakteristischen Länge geteilt durch die (Luft-) Viskosität. Ich kann mir nur unter der "charakteristischen Länge" nichts vorstellen. Es werden aber kaum die 2,7 m eines VM sein, oder? Ich dachte eher so an den minimalen Krümmungsradius des VMs. Also eher 0,1 bis 0,3 m. @Leonardi und @labella-baron , was ist für euch die charakteristische Länge beim VM?

Grüße, Christian

 

[Leonardi]

was ist für euch die charakteristische Länge beim VM?

Bei der Kugel nimmt man den Durchmesser, sonst nimmt man immer die Länge (großte Abmessung kann man am genausten messen). Re ist ja nur eine Kennzahl zum Vergleich identischer Körper unterschiedlicher Größe. Länge von einem Miniatur-VM und die Länge von einem richtigen ist ja dann identisch.
Re-zahl dient ja nur dazu mit einem verkleinerten Körper Messungen in evtl. anderen Medien mit evtl. andere Geschwindigkeit zu machen und dies auf den größeren Körper umrechnen zu können.
Man kann deshalb auch z.B. die Breite oder sonst was nehmen. kommt aufs gleiche raus. Die Re-zahl wird sonst für nichts anderes verwendet. Nur für den Vergleich gleicher Körper in unterschiedlichen Abmessungen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Reynolds-Zahl
https://de.wikipedia.org/wiki/Charakteristische_Länge

Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

Ich kann mir nur unter der "charakteristischen Länge" nichts vorstellen. Es werden aber kaum die 2,7 m eines VM sein, oder? Ich dachte eher so an den minimalen Krümmungsradius des VMs. Also eher 0,1 bis 0,3 m. @Leonardi und @labella-baron , was ist für euch die charakteristische Länge beim VM?

Ehrlich gesagt: habe keinerlei Einschätzung darüber.

Auch die Kugel-Widerstandsgrafik ist mir suspekt.
Es geht doch meistens um Luft. Warum findet man keine Darstellung in Luft über der Geschwindigkeit statt über der blöden Reynolds-Zahl?
Wie kann an einer bestimmten Stelle diese Kurve regelrecht "abstürzen" - sie scheint ja sogar leicht zurückzulaufen? Befinden wir uns bei den Velomobil-Geschwindigkeiten wirklich in diesem "Absturzbereich"? So einen abrupten Verlauf findet man in der Physik doch normalerweise nicht - na ja vielleicht bei der Schallmauer - aber von der sind wir wohl weit entfernt

Edit: Wenn die charakteristische Länge eh wurscht ist und nur für eine Vergleichszahl benötigt wird, warum nimmt man dann nicht einfach einen Meter - unter diesem kann man sich wenigstens was vorstellen

 

[Leonardi]

Edit: Wenn die charakteristische Länge eh wurscht ist und nur für eine Vergleichszahl benötigt wird, warum nimmt man dann nicht einfach einen Meter - unter diesem kann man sich wenigstens was vorstellen

Ein paar Beispielrechnungen, warum man nicht einen Meter nehmen kann (Du kannst ja dann an keinem kleineren Modell messen und das auf ein großen Tanker umrechnen):

http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/auf6.pdf

Gruß Leonardi

 

[ChristianV]

Re ist ja nur eine Kennzahl zum Vergleich identischer Körper unterschiedlicher Größe

Hallo,

das ist ja schade, dass die charakteristische Länge damit keine anschauliche Bedeutung gewinnt. Und mit dieser Definition ist es auch kaum möglich z.B. die Messungergebnisse an Kugeln auf VMs zu übertragen.

Grüße, Christian

 

[Leonardi]

Hier der Cw-Wert in Abhängigkeit der Geschwindigkeit für 3 dimensionale Körper. Speziell ist ein Körper ähnlich einem VM eingezeichnet, eigentlich ein rotationssymetrischer Körper ohne Bodeneffekte. Man kann für das Quest d=0,75m ansetzen und die Re-Zahl 10^4 bzw. Re-Zahl 10^6 in die Geschwindigkeit umrechnen. Re= v0*d/nü umgeformt

Strömungsgeschwindigkeit vo=Re*nü/d

d=0,75m
nü=kinematische Viskosität für Luft 14,25 *10^(-6) m²/s
https://de.wikipedia.org/wiki/Viskosität


Man kommt dann für Re-Zahl 10^4 auf eine Geschwindigkeit von 0,684 km/h
und Re-Zahl 10^6 auf eine Geschwindigkeit von 68,4 km/h
Nachrechnen erwünscht.

Das ist genau der unserer Geschwindigkeitsbereich. Der Cw-Wert nimmt dabei so ab, wie in der Simulationsrechnung vom go-one oder wie in der Messung im Windkanal von dem Studenten mit dem Milan oder minimal weniger Steil wie labella Baron hier graphisch aus seinen Messungen dargestellt hat. Unter der Berücksichtigung, das hier doppelt logarithmische Darstellung ist und bei den vorherigen Beispielen nicht.



Diese Graphik kann man u.a. auch hier runterladen als pdf, sieht man auf Seite 167 bzw. 179
http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/science/bericht05_06.pdf


Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

Diese Graphik kann man u.a. auch hier runterladen als pdf, sieht man auf Seite 167 bzw. 179
http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/science/bericht05_06.pdf

Ich bin ja immer wieder erstaunt, wie du alles mögliche über das Internet ausgräbst
Dennoch finde ich dort keine Seiten 167 bzw. 179 - möglicherweise stelle ich mich einfach nur an.

 

[labella-baron]

Strömungsgeschwindigkeit vo=Re*nü/d

d=0,75m
nü=kinematische Viskosität für Luft 14,25 *10^(-6) m²/s
https://de.wikipedia.org/wiki/Viskosität


Man kommt dann für Re-Zahl 10^4 auf eine Geschwindigkeit von 0,684 km/h
und Re-Zahl 10^6 auf eine Geschwindigkeit von 68,4 km/h
Nachrechnen erwünscht.

Gerne - aber nü=14,25*10^... finde ich irgendwie auch nicht

 

[Leonardi]

Dennoch finde ich dort keine Seiten 167 bzw. 179

Entschuldigung, war der falsche Link. Der ist richtig:
https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1522004/1355

Gerne - aber nü=14,25*10^... finde ich irgendwie auch nicht

In Wiki ist nur die dynamische Viskosität von Luft angegeben. Mit der Luftdichte kann man die kinematische Viskosität nü ausrechnen:




Gruß Leonardi

 

[labella-baron]

https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1522004/1355

Danach wäre also bei einem stromlinienförmigen Körper als geringstmöglicher Cw-Wert ca. 0,035 zu erwarten. Bei geringstmöglicher Stirnfläche A wenn wir noch pedalieren wollen von einer schmalen Person 0,35qm ergibt das CwA=0,01225 bei der "richtigen" Geschwindigkeit. Ohne pedalieren z.B. mit elektro-motorischem Antrieb käme man unter 0,01. Das wäre bei 108km/h = 30m/s ca. 1,2/2*0,01*30^3 = 162 Watt - nur!

In Wiki ist nur die dynamische Viskosität von Luft angegeben. Mit der Luftdichte kann man die kinematische Viskosität nü ausrechnen:

Ja: 17,1/1,2 = 14,25. Da hätte ich auch selber draufkommen können.

 

[Leonardi]

stromlinienförmigen Körper als geringstmöglicher Cw-Wert ca. 0,035 zu erwarten

Ja. Die Kurve ist für Breite zu Länge = 1/5 und vor allem rotationssymmetrisch ohne Bodeneffekte ( also mindestens 1-2 m über dem Erdboden ohne Ventillationsverlußte Laufräder ) so angegeben.

Gruß Leonardi