Hallo!
Für mein Physiklabor verwende ich bereits einen Windkanal, welcher hohe
Windgeschwindigkeiten (bis zu 90 km/h) liefert. Damit wird der cw-Wert
eines Automodells (konkret Porsche) bestimmt. Dies funktioniert
eigentlich sehr gut.
https://www.youtube.com/watch?v=PQwhE10bY_A&t=4s
Weiters möchte ich die Strömungslinien sichtbar machen. Dafür verwende
ich verschiedene Methoden:
1.) Nebelmaschine
2.) Kolophonium am Hitzdraht
3.) E-Zigarette und Pumpe
Leider ist die Strömung hinter dem Propellerrohr sehr turbulent und man
erhält keine schönen Strömungslinien. Aus diesem Grund baue ich gerade
einen kleineren Windkanal speziell zur Sichtbarmachung der
Strömungslinien.
Er besteht aus einem 100mm/500mm Plexiglasrohr. An ein Ende fixiere ich
einen saugenden PC-Lüfter (92mm Aussendurchmesser,
https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_info.php?cPath=93_94&products_id=6423).
Für den Eingang habe ich mir einen Trichter 3D-drucken lassen, welcher
die eingesaugte Luft auf rund 300 Stück 5mm-Trinkhalme lenkt. Hinter den
Gleichrichter postiere ich die Nebeldüse (2mm/6mm ID Messingrohre,
https://www.ebay.com/itm/Round-Brass-Tube-5-Size-2mm-6mm-Inner-Diameter-300mm-Length-0-5mm-Thickness/264103782668?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&var=563660949598&_trksid=p2060353.m2749.l2649).
Diese wird an die nicht mehr benötigte E-Zigarette meines Sohnes
angeschlossen. Dazwischen kommt noch eine 12V Pumpe
(https://www.ebay.com/itm/DC5V-12V-6V-Mini-Diaphragm-Self-Priming-Water-Pump-Micro-Vacuum-Suction-Pump-DIY/262946798414?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&var=561952605575&_trksid=p2060353.m2749.l2649).
Das zu untersuchende Objekt (in meinem Fall ein Ferrari 250 GTO im
Maßstab 1:38) befindet sich im Anschluss an die Nebeldüse. Zur richtigen
Postierung habe ich mit einer Gewindestange und einem aufgeklebten
Magneten ein in der Höhe variables Stativ gebastelt. Durch die
Magnetverbindung können einfach auch andere Objekte (z.B. Tragflügel)
untersucht werden.
Der Lüfter am Ende des Windkanals wird noch mit einem Halbellipsoid
(ebenfalls 3D-gedruckt) versehen, damit die Luft möglichst ohne große
Turbulenzen zu den Rotorblättern gelenkt wird.
Der Windkanal ist bis auf einige Kleinigkeiten soweit fertig. Wenn es
Neuigkeiten gibt, melde ich mich wieder.
So, schön langsam fügen sich die Teile zu einem Ganzen zusammen. Der
Ferrari direkt aus Maranello ist eingetroffen, leider um den Faktor 38
zu klein.
Dann sind gestern auch noch die 7mm Klemmringe von mädler angekommen.
Habe nun einmal die Nebeldüse eingebaut, funktionierte eigentlich dank
Moosgummi recht gut. Mein Sohn brachte mir dann auch noch seine alte,
schon etwas mitgenommene E-Zigarette vorbei. Jetzt fehlt nicht mehr
viel...
Habe heute einen ersten Testlauf gestartet. Also, bei höherer
Luftgeschwindigkeit (Lüfter an ca. 9-10V) ist die Strömung trotz
Gleichrichter doch deutlich turbulent und die Nebellinien weiten relativ
rasch auf. Bei niedrigerer Luftgeschwindigkeit (Lüfter nur an 5V) ist
die Strömung schon deutlich laminarer :)
Ich werde aber noch einen zweiten, diesmal 3D-gedruckten Gleichrichter
mit 40mm Tiefe vor den Lüfter postieren in der Hoffnung, dass dann der
Raum zwischen den beiden Gleichrichtern möglichst ohne Turbulenzen ist.
Hallo,
also ich arbeite mir einem größeren Windkanal. Dabei handelt es sich um
einen Göttinger Windkanal mit offener Messstrecke. Die Strömung läuft
also einigermaßen im Kreis. Nur innerhalb der Messstrecke gibt es
natürlich einen geringen Austausch mit der Umgebung.
Hinter den Gleichrichter (Honeycomb) haben wir noch drei Siebe mit
abnehmender Maschenweite installiert. Dann kommt die Vorkammer und
danach eine Düse, die für eine Kontraktion 5,25 zu 1 sorgt. All diese
Maßnahmen verbessern die Strömung. Ganz laminar ist diese natürlich auch
nicht.
Die Windkanäle die ich kenne, sind saugen. Bild Windkanal_09.jpg deutet
eher auf pusten hin.
Gruß
Holger
So, es geht weiter...
Habe nun den Lüfter vorne am Eingang nach dem Trichter eingebaut. Jetzt
ist die Strömung nochmals besser geworden. Muss den Lüfter aber bei sehr
geringer Drehzahl laufen lassen.
Ich werde jetzt noch einen Gleichrichter am Ausgang + eventuell einen
zweiten Lüfter (eben am Ausgang) ausprobieren.
@Holger: Ja, der starke Windkanal zur Bestimmung des cw-Werts ist
pustend
Der Gleichrichter für den Ausgang wird gerade 3d-gedruckt. In der
Zwischenzeit habe ich Ersatz-coils und ein Mundstück (daran klebe ich ja
noch eine Schlauchtülle) für die E-Zigarette besorgt. Die Beleuchtung
bestehend aus einem Band weißer LEDs ist auch schon einsatzfähig...
Bis zum Eintreffen des ausgedruckten Gleichrichters habe ich es wieder
mit Trinkhalmen probiert. Also es ist ziemlich schwierig eine möglichst
laminare Strömung zu erzielen. Ich kann ja auch folgende Parameter
verändern:
1.) Lüfterspannung vorne
2.) Lüfterspannung hinten
3.) Leistung der E-Zigarette
4.) Saugleistung der Pumpe (wenn sie eingetroffen ist)
Im Moment erziele ich recht gute Ergebnisse mit U_Lüfter_vorne = ca. 4V
und U_Lüfter_hinten = ca. 8V
100% zufrieden bin ich noch nicht. Die Frage ist halt, ob ich mit meinen
bewusst kompakten Aufbau überhaupt eine gescheite laminare Strömung
erzielen kann...
Ich finde das Ergebnis schon sehr beachtlich!
Ich denke das Problem liegt mehr an der Tatsache, dass die Stromfäden
nach der Auffächerung durch Turbulenz nicht wieder zu schönen Stromfäden
werden, sondern zu einem diffusen Nebel. In wie weit die Strömung
laminar ist, kannst du doch sehr gut ohne Probekörper (Auto) testen.
Heute ist der ausgedruckte Gleichrichter angekommen. Jetzt warte ich nur
noch auf die Luftpumpe von pollin
(https://www.pollin.de/p/luftpumpe-daypower-lp36-12-12-v-330071). Es
sind zwar währenddessen schon 3 andere Luftpumpen aus China unterwegs,
aber ich bin ein klein wenig ungeduldig geworden...
Den 8mm Schlauchverbinder habe ich auch schon in das Mundstück der
E-Zigarette eingeklebt.
Gestern ist die 12V-Luftpumpe von pollin angekommen. Leider sind die
Resultate damit ernüchternd. Erstens ist der Nebel viel zu dünn,
zweitens bildet sich ordentlich Kondensat in den Leitungen bzw. Pumpraum
und drittens muss ich die E-Zigarette viel zu lange eingeschaltet
lassen, sodass sie sehr heiß wird.
Es bleibt mir scheinbar nichts anderes übrig als wieder auf manuell
(bzw. mit Lunge) umzusteigen. Wäre zwar schön gewesen, wenn ich durch
die Pumpe einen gleichmäßigen und reproduzierbaren Ausfluss erzeugen
hätte können...
Vielleicht sind die zwei anderen Pumpen aus China besser geeignet,
obwohl ich dies eher nicht vermute. Aber testen werde ich es bestimmt...
Dann habe ich noch eine Testreihe ohne Auto gestartet und den vorderen
Lüfter auf rund 4.5V eingestellt und den hintern zwischen 3V und 7V in
0.5er Schritten variiert. Bei niedrigen Lüfterspannungen erhalte ich zum
Teil eine schöner laminare Strömung als mit etwa 6.5V, nur ist das
Problem, dass dann die Strömungsgeschwindigkeit zu gering ist und ohne
Auto zwar passt, mit Auto aber dann durch das Hindernis zu stark
verteilt wird. Daher haben sich hintere Lüfterspannungen um die 6V als
optimal erwiesen. Dann fächern die Strömungslinien durch das Auto auch
nicht so stark auf.
So, ich habe nun die zweite Düse von oben geputzt, nachdem deren
Strömungslinie schief war und stärker aufspaltete. Nun bin ich
eigentlich mit den Strömungslinien zufrieden. Anbei noch zwei aktuelle
Aufnahmen...
Danke...
Obwohl, das sind schon die besten Einzelbilder aus einem Video. Werde
aber noch die Höhe des Autos auf dem Stativ optimieren. Ein Strahl
trifft ja das Auto exakt auf Höhe des Kühlergrills, was nicht ideal ist.
Jetzt warte ich nur noch auf einen Anruf von Mercedes oder Ferrari
zwecks Testfahrt mit einem 600PS-Boliden ;-)
Für die Größe sehen die Strömungslinien doch hervorragend aus. Ich komme
bei einer Geschwindigkeit von 25 m/s und einer Länge von geschätzt 10 cm
auf eine Reynoldszahl von grob 200000. Da eine ernsthaft laminare
Zuströmung zu erreichen, ist sehr, sehr, sehr ambitioniert.
Hoppla, dann habe ich das mißverstanden.
Die Ansaug-Düsen der Einström-Windkanäle, die ich bis jetzt gesehen
habe, haben übrigens alle einen Querschnitt wie einen Viertelkreis.
Genau so, wie man in den Strömungstechnik-Lehrbüchern die "ideale
Ansaugöffnung" darstellt. Material war üblicherweise Sperrholz.
So, ich habe fertig...
Habe jetzt nur noch einen Lüfter hinten und dieser rennt mit 3.5V, also
sehr, sehr langsam. Mit diesen Einstellungen erreiche ich aber sehr
durchgehend schöne laminare Strömungslinien, nicht so wie vorher einige
wenige Einzelbilder in einem ganzen Video.
Ich finde, man kann anhand der Abbildungen schön die positive
Entwicklung hin zu immer besseren Ergebnissen erkennen...
https://www.youtube.com/watch?v=EviSJvzaRuM
Wunderbar!
Kontinuierliche Arbeit trotz vieler Rückschläge, viele kleine
wundervolle Detailideen, sauberer Aufbau und – lehrbuchreife Ergebnisse.
Bei solchen engagierten Physikern wie dir, ist es mir um die Bildung
unserer Jugend nicht bange :-)
Mein Glückwunsch
Christoph E. schrieb:> Youtube-Video "DIY wind tunnel to visualize the flow lines like Ferrari> or Mercedes - Windkanal für Strömungslinien"
Klasse Arbeit, aber die dramatische Musik in deinem Video übertrifft
alles. Ich dachte zuerst ich höre irgendeine Musik aus Frankenstein ;)
Aber wirklich schönes Projekt! Gefällt mir gut, vor allem auch dein
Ehrgeiz so etwas für andere auf die Beine zu stellen.
Letzte Woche ist der etwas größere Porsche und heute der 3D-gedruckte
Tragflügel angekommen. Anbei noch einige Bilder davon. Beim steileren
Anstellwinkel bilden sich deutlich Wirbel am Ende des Tragflügels.
Damit ist dieses Projekt für mich abgeschlossen...
Windkanal_01.jpg
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Windkanal_03.jpg
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Windkanal_51.jpg
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Windkanal_72.jpg
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Windkanal_73.jpg
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Windkanal_65.jpg
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Windkanal_75.jpg
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Windkanal_112.jpg
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Windkanal_123.jpg
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Windkanal_126.jpg
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Windkanal_128.jpg
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Windkanal_132.jpg
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Windkanal_121.jpg
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