118
10
0
Vindturbiner og seil
3,595
0
Jeg kan ingenting om fluidmekaikk/pneumatikk, men prøver å forstå ihvertfall ørlitegrann 
Siden mange her har meninger om vindturbiner, kanskje det er noen som virkelig kan noe om dette også?
Jeg prøver å forstå matermatikken bak Beltz' lov som sier at den teoretiske grensen for hva en vindturbin kan ta ut av en luftstrøm er 16/27 (59,3%) av luftas bevegelsesenergi. Intuitivt er det selvsagt at virkningsgraden må ligge et godt stykke under 1, ellers ville det samle seg opp "ubegrenset" mye luft på baksiden av turbinen: Frarøvet all bevegelsesenergi ville ikke lufta flyte videre.
Ser vi så på en seilbåt, med utgangspunkt i det elementære: Et råseil som driver båten framover i vindretningen, i teorien opp til vindhastigheten. Der er det ikke noe problem med hvor lufta skal "gjøre av seg" etter at den har presset båten framover. Betyr det at et råseil i teorien kan ha en virkningsgrad som går mot 1?
For å konkretisere: Hvis seilet er på 20 kvm, og vinden er frisk bris på 10 m/s, og vi (for enkel hoderegning) runder ned luftas egenvekt til 1 kg/kbm, da treffer vinden seilet med energi
1/2 mv2 = 1/2 * (20 kvm*10 m * 1 kg/kbm) * (10 m/s)2 = 100 kg * 100 m2/s2 = 10 kJ
per sekund, dvs. en effekt på 10 kW.
Hvis jeg ikke har bommet på tallene: Betyr det at et 20 kvm råseil i frisk bris teoretisk kan drive båten framover med samme trøkk som en motor på 10 kW? Eller kommer det også her inn andre forhold i samme klasse som Beltz' lov, som tilsier at den teoretiske maksimale virkningsgraden til et seil ligger under 1?
(Siden jeg ikke kan noe om fluidmekanikk: For alt jeg vet kan det hende at det er en tilsvarende grense for maksimal teoretisk virkningsgrad for en propell, slik at en 10 kW motor selv med en ideell propell ikke kan gi 10 kW framdrift. For sammenligningen propell/seil: La oss anta at propellen gir 10 kW framdrift uansett hvor stor motor det krever.)
Siden mange her har meninger om vindturbiner, kanskje det er noen som virkelig kan noe om dette også?
Jeg prøver å forstå matermatikken bak Beltz' lov som sier at den teoretiske grensen for hva en vindturbin kan ta ut av en luftstrøm er 16/27 (59,3%) av luftas bevegelsesenergi. Intuitivt er det selvsagt at virkningsgraden må ligge et godt stykke under 1, ellers ville det samle seg opp "ubegrenset" mye luft på baksiden av turbinen: Frarøvet all bevegelsesenergi ville ikke lufta flyte videre.
Ser vi så på en seilbåt, med utgangspunkt i det elementære: Et råseil som driver båten framover i vindretningen, i teorien opp til vindhastigheten. Der er det ikke noe problem med hvor lufta skal "gjøre av seg" etter at den har presset båten framover. Betyr det at et råseil i teorien kan ha en virkningsgrad som går mot 1?
For å konkretisere: Hvis seilet er på 20 kvm, og vinden er frisk bris på 10 m/s, og vi (for enkel hoderegning) runder ned luftas egenvekt til 1 kg/kbm, da treffer vinden seilet med energi
1/2 mv2 = 1/2 * (20 kvm*10 m * 1 kg/kbm) * (10 m/s)2 = 100 kg * 100 m2/s2 = 10 kJ
per sekund, dvs. en effekt på 10 kW.
Hvis jeg ikke har bommet på tallene: Betyr det at et 20 kvm råseil i frisk bris teoretisk kan drive båten framover med samme trøkk som en motor på 10 kW? Eller kommer det også her inn andre forhold i samme klasse som Beltz' lov, som tilsier at den teoretiske maksimale virkningsgraden til et seil ligger under 1?
(Siden jeg ikke kan noe om fluidmekanikk: For alt jeg vet kan det hende at det er en tilsvarende grense for maksimal teoretisk virkningsgrad for en propell, slik at en 10 kW motor selv med en ideell propell ikke kan gi 10 kW framdrift. For sammenligningen propell/seil: La oss anta at propellen gir 10 kW framdrift uansett hvor stor motor det krever.)
Den drives jo ikke av vinden. Jeg ser ikke relevansen til spørsmålet jeg stilte.
Greit nok - men det kommer i neste rekke. Jeg vet med sikkerhet at seilet ikke kan gi båten en framdrift som utgjør fem ganger bevegelsesenergien i lufta
Det jeg spør om i første omgang er (for å gjenta/understreke det): Hvor stor andel av bevegelsesmengden i lufta som treffer seilet kan båten utnytte til sin fremdrift? Alt, eller er det en lavere teoretisk maks, slik det er for vindturbiner?
Enig i at det er en avsporing, bare en påpeking av at her har en et kjøretøy som ikke har noen annen motor enn vinden. Kjøretøyet beveger seg 100% i vindens retning og fortere enn vinden. Kanskje utnytter den vinden 110%? Du kan jo ta dette som neste problem.
Tenk deg en katamaran som er aerodynamisk utformet for å fange fartsvinden innunder skroget så det heves opp over vannflaten, slik at båten flyter på en luftpute. Jo mer motvind båten har, jo raskere hever den seg, og jo raskere slipper den unna vann-motstanden (kjølene kan være så smale at de gir minimal vann-motstand, bare de holder luftputa på plass). Normalt ville vind bakfra bidra til framdriften, men her betyr det at båten må opp i betydelig høyere fart for å heve seg over vannflaten, og dermed spare energi for framdriften.
De fleste katamaraner er vei ikke basert på at skroget heves på en luftpute - kanskje delvis, men oppdriften fra kjølene er fortsatt signifikant. Ihvertfall har jeg det inntrykket fra det jeg finner om katamaraner på nettet.
Man kan likevel tenke seg katamaraner som samler luft under seg til å skape en luftpute, der kjølenes funksjon kun er å holde luftputa på plass. Vel å merke: Jeg mangler masse faglig bakgrunn i aerodynamikk til å vite om det overhodet et realistisk å heve et båtskrog over vannet kun på fartsvinden. Hvis noen her på forumet faktisk kan noe om aerodynamikk, kan de kanskje si noe om realismen i det.
Jeg regner ikke med at noen katamaran-ferje med to hundre biler på dekket kan løfte seg på en luftpute. Men for å gå til den andre ytterlighet: Tenk deg en katamaran-type kajakk, vekt under ti kilo, med en ung, slank roer på kanksje førti kilo. Totalvekt femti kilo. Kajakken er fire meter lang, og fanger all luften forfra, i en nærmere angitt bredde og høyde: Hvilken fart må padleren opp i for å heve kajakken opp over vannet?
Min magefølelse sier at dersom nødvendig hastighet for å heve kajakk-skroget over vannflata er innenfor det realistiske for en kajakkpadler, ville energien for å holde denne farten videre framover være betydelig lavere enn om kajakken lå nede på vannet!