project: aerodynamica in een windtunnel

[jasser222]

Hallo iedereen,

Voor de wetenschapsexpo in april in Brussel maken wij (3 lln) een windtunnel. Hierin willen we weerstand van auto's, vrachtwagens, vleugelvormen,... aantonen, en verbeteren door aerodynamischer te maken.
Alleen weet ik niet goed wat ik moet gebruiken voor motor.
We zouden willen de lucht aanzuigen omdat je dan minder turbelentie hebt, ik heb al eens geprobeert met een motortje(1000kv, 11.1v) met een 11*5.5 prop en hiermee haalde hij 40km/h op vol gas + dat ie veel lawaai maakt (niet handig op een beurs) . Aleen is het vervelend als je om de 6minuten de lipo moet opladen. Zou een ventilator ook volstaan om mooie en snelle wind te maken, of ga ik beter voor een andere motor met prop?

Is het ook belangerijk dat de wintunnel rond is? Omdat 4 plexiglazen platen veel makkelijker zijn om zo een vierkant te maken. (ofwel plexiglazen buis?)

Wat zou de beste diameter of zijde zijn van de wintunnel, om er modellen van rond de 15cm breed in te plaatsen?

Heeft er iemand misschien een idee voor een goede rook straal?

Jasper

 

[Ariel]

Hallo Jasper,

Een windtunnel bouwen is geen eenvoudige opgave.
Het vergt enorm veel studie voor je kan beginnen met bouwen.
Het blijft altijd een compromis.
Je zult keuzes moeten maken.

Ga deze site goed bestuderen en misschien heb je wat aan.
Deze tunnel is een aanrader, ik mocht in het verleden met zo een tunnel spelen.

Kleiner Windkanal ANIPROP KWK2 | ANIPROP

Johannes

 

[Fotor]

Er zijn zat vierkante windtunnels, dus dat zou geen bezwaar moeten zijn.
Ik zou zeker voor een zuigende prop gaan, dat scheelt je veel turbulentie. Eventueel kan je voor het inlaatkanaal een soort rooster inbouwen dat de lucht een beetje recht 'richt', ook dat vermindert de turbulentie. Het kan met simpel gaas, maar iets met meer 'diepte' is beter. Een gaas voor het inlaatkanaal voorkomt ook aanzuigen van vreemde materialen.
6 minuten is toch zat om enkele fatsoenlijke metingen te doen? Lijkt me een prima werktijd. EDIT oh nee, op een expo is dat niet zo handig, dan heb je veel accu's en laders nodig....

Ik zou als tunneldiameter zeker 3x je modelgrootte aanhouden, liefst nog meer. De lucht moet wel fatsoenlijk langs je model kunnen. Zeker als je serieus wilt gaan meten kan een te nauwe doorgang naast je model de metingen significant beinvloeden.

Is het de bedoeling serieuze metingen te doen of alleen demo's geven? Als je echt wilt gaan meten zul je ook eens goed moeten nadenken hoe je de weerstand wilt gaan meten. Dat is een vak apart. De weerstandsmeting mag niet beinvloed worden door lift en andersom.

 

[jasser222]

Ik zie dat de windtunnel van die site wat meer gemaakt is voor echte concrete meetresultaten.
Op het net zie ik dat de meeste van een groter stuk gelijdelijk versmallen naar het smalste stuk waar het model staat, ik heb gelezen dat deze versmalling enkel nodig is wanneer je een vierkante windtunnel maakt.

Ik had gedacht aan een lange buis (1.5m?) diam 40cm.
Aan het begin zit een motor die lucht aanzuigt met een 15 inch prop of ventilator.
als de motor de lucht aanzuigt, is het niet nodig om een raster te maken, omdat je geen turbelentie hebt als je de lucht aanzuigt. En in een buis heb je lineaire lucht.

Ons idee is:

voorbeeld 1:
Een vrachtwagen in de windtunnel
aan de vrachtwagen hangt er een dynamometer (heel gevoelig)
wanneer we de lucht aanzuigen meten we een weerstand ...N
We hebben ook een anemometer.

Als we aan de vrachtwagen de zijkanten dicht doen, of er zo'n dakje boven plaatsen, kijken hoeveel minder weerstand hebben (dus aerodynamischer)

voorbeeld 2:
ongeveer hetzelfde, maar nu met een auto achter een vrachtwagen en kijken of dat slipstreamen effect heeft.

Maar uiteindelijk is het grotendeels om conclusies eruit te trekken, niet dat we hele exacte getallen nodig hebben

 

[DirkSchipper]

Mijn zoon heeft voor zijn HAVO eindexamenproject een windtunnel gebouwd.
- Rond model
- Venturi binnenvorm
- Radiator-fan uit een sloopauto gebruikt.
- blazend
- opgebouwd uit wigvormige stukken piepschuim waarin een venturi-vorm was gesneden.

Om de turbulentie kwijt te raken hebben wij direct achter de ventilator een rooster gemaakt van [pakweg 1000 rietjes van ± 4 cm lengte.
Het is verbluffend wat een effect dit heeft.
We hadden in het uiteinde van de windtunnel wollen draadjes geplakt.
Zonder 'rietjes-rooster' sprongen die draadjes alle kanten op, waren nauwelijkt zichtbaar.
Met rietjes stonden de draadjes stil. Doodstil!
Het effect was meer dan verbluffend.

Ik kan vanavond wel even wat foto's en filmpjes opzoeken ...

Voordeel van een blazende opstelling is dat je je meetopstelling beter kwijt kunt (achter/buiten de windtunnel). Bij een zuigende opstelling moet je die in de buis opstellen en die moet toch gesloten blijven. anders krijg je lek-stromen.

Gr. Dirk.

 

[Ariel]

Voor zover mij bekend is hebben windtunnels die de lucht afzuigen uit de vrije ruimte en vervolgens weer uitstoten in de vrije ruimte wel rasters nodig om turbulenties op te heffen.

De nadelen van zo een systeem zijn dat temperatuur- drukschommelingen en snelheidsverschillen uit de omgeving doorwerken tot in de meetruimte.

Dit systeem heeft maar één voordel, eenvoudig om te maken.

Voor het vermeten van schaalmodellen worden meestal gesloten kringloop systemen gebruikt.
Door de hele tunnel onder verhoogde druk te brengen en de lucht af te koelen kunnen de luchteigenschappen aan de schaal van het model aangepast worden. De lucht gedraagt zich bij kleine schaalmodellen anders dan bij objecten op ware grootte. Want het probleem bij schaalmodellen is het Re-getal!

Maar ik ben het met je eens, hou het simpel.
Verwacht alleen niet teveel van je meetresultaten.
Wil je toch nog een rietjes rooster maken, vind je een handleiding via mijn geplaatste link.

Johannes

 

[jasser222]

Deze dingen onthoud ik:
-eenvoudig
-niet aanzuigen, maar blazen
-een raster van rietjes van 4cm lang
-radiator fan zoeken?
-ronde doorzichtige buis van diameter 40cm
op PLEXIGLAS PERSPEX LICHTKOEPELS & PLAKPLASTIC vindt u bij BOUWPLASTICS kan je voor 14 euro een ronde buis hebben uit plexiglas met diameter 40cm en 2meter lang.
-ga het gewoon bij een buis houden,
is wat simpeler, of is een venturi vorm veel beter?
-draadjes of rook (hoe?)

+ 2 buizen dat we kunnen wisselen en erbij voegen, met in elke buis een andere opstelling
(ene vrachtwagen, andere vleugelvorm)

 

[Ariel]

Het gebruik van een "sus-kamer" is geen overbodige luxe.
Daardoor heb je een contractie (optimaal is ca. 4:1) naar je meetruimte.
Dit betekend dat de lucht in de testlocatie sneller stroomt met minder turbulenties. Om de rotatie van de luchtstroom weg te nemen zijn lamellen, filters, zeef en roosters nodig.

In plaats van rook zou ik stoom gebruiken.
Dit kan je realiseren door een oude Espresso machine te gebruiken.
Op de uitgang voor het schuimen van de melk een silicone slang ca. 6mm binnendiameter aanbrengen. Een messingbuis ca. 300mm lang op het andere uiteinde in de slang steken.
In deze messingbuis eerst nog vier gaatjes van 1mm boren. Afstand onderling ca. 20mm
Buiseinde dichtknijpen zodat de stoom alleen via de kleine gaatjes kan ontsnappen. Slang en buis wel zekeren tegen afglijden.
Belangrijk is nog om een houten handgreep over de messing buis te schuiven. Op het moment dat de stoom door buis en slang stroomt kan je nog wel de handgreep aanraken om de buis de richten.

Johannes

 

[jasser222]

Bedankt voor die informatie!
Nu alleen nog een oplossing voor welke motor ik best gebruik.
Zo'n ventilator of een motor met prop.

 

[Ariel]

Er zijn nog een paar punten die je moet weten.
Het visualiseren in een simpel windtunnel is vaak geen probleem.
Het meten wel! Ik ben bang dat de metingen tot verkeerde conclusies leiden.
Waarom? Omdat het voertuigen (schaalmodel) stilstaat in de meetlocatie.
Gemeten wordt bij lage Re-getallen en de grenslaag onder het voertuig is totaal anders dan bij een rijdend voertuig.
Professionele windtunnels maken daarom gebruik van een lopende band.
Maar dat is voor jullie experiment absoluut niet haalbaar.

Johannes

 

[DirkSchipper]

Hoi,​

Ik zou nog wat plaatjes en filmpje laten zien.
Hier 3 filmpjes en wat plaatjes.
Ik denk dat het wel duidelijk is.​

Gr. Dirk.​

 

[Fotor]

Wow, wat een onwaarschijnlijk groot verschil in turbulentie tussen met en zonder rietjes. De keuze hier lijkt me duidelijk.

 

[DirkSchipper]

Dat was mijn reactie toentertijd ook.
Ik had wel een verbetering verwacht, maar dit was inderdaad gigantisch.
Met zo'n simpele maatregel bereikt ....

Dirk.

 

[jasser222]

Hier het basisidee uitgetekend in google sketchup:

 

[DirkSchipper]

Hee Jasser,

Ziet er goed uit.
Ik zou één aanpassing willen voorstellen: plaats de rietjes veel dichter bij de fan. Die vernauwing heeft ook invloed op het glad maken van de stroming. Het helpt als die rietjes daarvoor al hun werk gedaan hebben.

Dirk.

 

[MikeV4]

Aleen is het vervelend als je om de 6minuten de lipo moet opladen. Zou een ventilator ook volstaan om mooie en snelle wind te maken, of ga ik beter voor een andere motor met prop?

Op een beurs hebben ze toch wel stroom, dus geen batterijen maar een aangepaste voeding gebruiken.

 

[jasser222]

Ik heb nu reeds een grote industrie ventilator (diam. 50cm) met een functiegenerator om de snelheid te veranderen.

Het eerste deel (verbreding) gaan we maken in hout omdat plexiglas niet stevig genoeg zal zijn met deze zware ventilator.
Hierin brengen we een muur van 5cm lange rietjes.

Het laatste deel (smalst) maken we de zijkanten en de bovenkant uit plexiglas.

Dus wanneer we de materialen hebben kunnen we beginnen bouwen.

We hebben al:
-dynamometer (1N): om weerstand van auto te meten en dan te verbeteren
-anemometer: om windsnelheid te meten
-modellen: vrachtwagen, voertuigen, vleugelvormen
-weegschaal om te kijken of we lift hebben met vleugelvorm

Wat hebben we nog nodig:
Rook: ik dacht aan een goedkope rookmachine te kopen en hierop een buisje van +/- 6mm te monteren, en zo een rookstraaltje maken.

Droog ijs zal niet werken omdat we dan heel de tijd vers ijs moeten hebben en dit wordt vervelend.
Stoom werkt ook niet omdat alles dan nat komt.

Ideeën zijn welkom!

 

[Ariel]

Stoom werkt ook niet omdat alles dan nat komt.

Dat bij gebruik van stoom condensvocht ontstaat zie je goed.
Maar deze techniek wordt door verschillende scholen toegepast.
Zelf mocht ik ook me experimenteren en weet daarom precis war ik het over heb.
Het vergt wel discipline van de gebruiker i.v.m. veiligheid.
Voor jullie project zal inderdaad stoom niet de ideale oplossing zijn.
Wil je de stroming filmen of fotograferen, heeft stoom weer het voordeel dat je door trucjes de waterdamppartikel goed zichtbaar kan maken.

Johannes

 

[The Inventor]

Goeiemorgen allemaal!

Ik ben ook een windtunnel aan het maken als ProfielWerkStuk, en het gaat prima. Maar ik ben op een theoretisch probleem gestuit. Ik heb namelijk een oude car radiator fan geregeld, een mooi dingetje dat 10A trekt bij 18V.
Met deze gegevens wilde ik de theoretisch maximale luchtsnelheid door mijn windtunnel berekenen. Dit had ik als volgt gedaan:
Ek = 0,5 * (m) * v2
Ek = 0.5 * (rho*A*v*) * v2
Het volume aan lucht dat per seconde door je windtunnel raast is immers de dichtheid van lucht (rho, in kg/m3), keer het oppervlak van je windtunnel (A, in m2), keer de snelheid (v, in m/s). Het resultaat hiervan heeft de eenheid kg/s. Het vermogen van mijn ventilator is 180W en het oppervlak van mijn windtunnel is 0,5*0,3 = 0,225m2. (Best veel voor een doe-het-zelf-windtunnel:wink
Als we dit invullen in de formule krijgen we het volgende:
180J/s = 0,5 * (1,2kg/m3 * 0,225m2 * v) * v2
Nu vermenigen we beide kanten met 'de tijd', zodat we krijgen
180 = 0,5 * (1,293 * 0,225 * v) * v2
180 = 0,5 * (0.29 * v) * v2
180 = 0,5* 0,29 *v3
360 = 0,29 * v3
v = derdemachtswortel uit 360/0,29; hetwelk is 10,7 m/s.
De luchtsnelheid van de lucht die in één seconde door mijn windtunnel stroomt is dus 10,7 m/s. Maar nu gaan we voor de grap de windsnelheid door mijn ventilator berekenen. De diameter van mijn ventilator is 14.5cm, dus het oppervlak is 0,145^2*pi = 0,0661 m2.
Het antwoord is dan de derdemachtswortel uit 360/(1.293*0,0661) waaruit komt 16,2 m/s.
Nu gaan we voor de grap uitrekenen hoeveel lucht er door de windtunnel en door de ventilator stroomt, dit doen we door de windsnelheid te vermenigvuldigen met het oppervlak.
0.225m2 * 10,7m/s = 2.41m3/s door de windtunnel
0,0661m2 * 16.2m/s = 1.07m3/s door de ventilator
En dát is nu juist mijn probleem. Bij een correcte berekening zouden de energie en het volume (van de lucht door de ventilator en de windtunnel) moeten kloppen. Eén ding staat vast: er komt evenveel lucht uit als erin gaat. Ik had wel een leuke ontdekking gedaan, namelijk dat er belachelijk veel energie nodig is om een fatsoenlijke windsnelheid te bereiken.
Dus toen kwam ik op het idee om eerst de snelheid van de lucht in het smalste deel van de windtunnel te berekenen (de ventilator in mijn geval) m.b.v. de kinetische energie, en dan de windsnelheid door de windtunnel te berekenen door aan de slag te gaan met oppervlaktes en volumes per seconde. Volgens de formule heeft de lucht namelijk de hoogste energie op de plek waar zij het snelst stroomt. Maar hiermee is het probleem niet opgelost, dus ik hoop dat de knappe koppen hier mij uit de brand kunnen helpen.

Ik hoop dat iemand de moeite neemt om dit relaas te lezen, want het kost jaren om het allemaal te typen. Alvast bedankt!

P.S. ik vond het niet nodig om voor deze vraag een compleet nieuw topic te starten, maar als de 'eigenaars' van dit topic dat toch nodig vinden dan doe ik dat met plezier:wink:

 

[DirkSchipper]

Hallo Inventor,

Allereerst heb je gewoon een rekenfout gemaakt. Het oppervlak van de doorsnede van jouw windtunnel bereken jij op 0,225m2. Maar volgens mijn rekenmachine is 0,5 * 0,3 gelijk aan 0,15 (de helft van 0,3 is inderdaad 0,15 ).

Vervolgens heb je nog een probleem:
De energietoename (Ek) is de Ek(t=x) - Ek(t=0).
Dat is 1/2mv2(t=x) - 1/2mv2(t=0).
Aangezien de snelheid op t=0 0m/s bedraagt, is de energietoename gelijk aan 1/2mv2(t=x).

Hierna stel jij die 180 watt motorvermogen gelijk aan die 1/2mv2. Als je de verliezen in de motor en evt. andere verliezen even verwaarloost, klopt dat. We hebben nu 180 watt die middels 2 variabelen (v & m) in die 1/2mv2 terecht komt. En daar zit het probleem: je moet een vergelijking met 2 variabelen oplossen, en je hebt tot nu toe maar één vergelijking.
Enne ... ik weet ook niet zo 123 een tweede vergelijking te verzinnen .

Een andere aanpak kan zijn: zorg dat je een van die twee variabelen te weten komt. De uitstroomsnelheid kun je meten. Wellicht kun je via iemand zo'n windsnelheidsmeter lenen. Zo'n ding die ook door surfers of parapentepiloten gebruikt wordt.

Gr. Dirk.