NL1003153C2 - Inrichting voor het zichtbaar maken van de fluïdum langs een oppervlak. - Google Patents

Description

Inrichting voor het zichtbaar maken van de fluïdum langs een oppervlak 5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het zichtbaar maken van de richting van een fluïdumstroming langs een oppervlak, omvattende een scharnierend met dat oppervlak verbonden flapachtig deel, welk deel aangepast is om in een eerste bepaalde stromingstoestand tegen een eerste gebied van dat oppervlak 10 te liggen en in een tweede bepaalde stromingstoestand om het scharnier gedraaid te zijn.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het IW-94079-R rapport van de TU Delft, Institute for windenergy, augustus 1994, getiteld: 'Visualisation of the Stagnation Point: First Results of a new 15 Method1.

Daarin wordt voorgesteld aan de voorzijde, d.w.z. de zone nabij de stagnatielijn d.w.z. (het stuwpunt waar de stroming tot stilstand komt) van een vleugelachtig oppervlak een of meer flappen met elk een breedte van ongeveer 1 meter aan te brengen. Deze flap of flap-20 pen worden onder een hoek ten opzichte van de zgn. stagnatieli jn aangebracht, en is/ zijn van zodanige breedte dat de stagnatielijn bij alle te verwachten posities zich tussen de uiteinden van elke flap blijft bevinden en uit de verplaatsing van het omslagpunt langs het flapoppervlak worden bepaalde uitspraken inzake de stroming 25 gedaan.

Een dergelijke constructie komt in de plaats van in de stand der techniek bekende constructies bestaande uit een aantal bij voorkeur wollen draadjes of het spuiten van rook of dergelijke in de nabijheid van het oppervlak. Een dergelijke wijziging is met name 30 uitgevoerd omdat in het bijzonder bij toepassing van wollen draadjes op grotere oppervlakken de zichtbaarheid van de stand van de draadjes een probleem vormt.

Indien bijvoorbeeld bij windturbines men een algemene indruk wenst te hebben van de stromingsverdeling is het niet ongebruikelijk 35 om op 75 meter afstand van de wieken daarvan opnames te maken. Kleine wollen draadjes zijn daarbij niet zichtbaar. Ook indien men gebruik maakt van technisch geavanceerde hulpmiddelen, zoals stroboscopen blijft de zichtbaarheid slecht. Grote draadjes worden meer 1003153 2 door de centrifugale kracht beïnvloed en geven meer stromingsversto-ring. Bij bepaalde stromingstoestanden maken de draadjes zo snelle wapperende bewegingen. Als gevolg hiervan kan zo ernstige bewegings-onscherpte optreden dat de stand van de draadjes onzichtbaar wordt.

5 Daarom zijn in de stand der techniek elektrische inrichtingen voorgesteld om de stromingsrichting langs elektrische weg zichtbaar te maken. Daarbij zijn echter kwetsbare elektrisch aansluitingen voor de voeding of signalen noodzakelijk. Deze kunnen bovendien de stroming beïnvloeden. Tevens is een behoorlijke inbouwruimte in het 10 te bestuderen object noodzakelijk. Daardoor is veel voorbereidingstijd noodzakelijk en kan de constructie van het object verzwakt worden en kan een dergelijke methode niet op alle lokaties toegepast worden.

Dit nog afgezien van problemen als blikseminslag. Tot slot 15 hebben wollen draadjes de neiging door de centrifugaalkracht beïnvloed te worden, d.w.z. zich naar buiten te bewegen.

Met de flap volgens het hierboven genoemde rapport worden deze problemen door beïnvloeding van centrifugaalkracht en het elektrisch gecompliceerd uitgevoerd zijn opgelost, 20 De zichtbaarheid blijft echter bij grotere afstanden een pro bleem. Immers bij een hoogte van de flappen van bijvoorbeeld 5 mm, zal het op een afstand van enkele tientallen meters niet eenvoudig zijn (gedeeltelijke) omslag waar te nemen. De positie waar de flap naar de waarnemer wijst wordt gevisualiseerd, daardoor wordt deze 25 positie afhankelijk van richting vanwaaruit de waarnemer de flapjes bekijkt. Hierdoor ontstaan systematische fouten. Nabij het omslagpunt van elke flap wordt het flapoppervlak relatief sterk gerekt. Dit is een nadeel omdat blijvende vervorming kan optreden en omdat snel reageren van de flap op een andere stromingstoestand gehinderd 30 wordt door de hysterese van het flapmateriaal. Bovendien staat de regio nabij het omslagpunt vrijwel loodrecht op het profiel en kan daardoor makkelijk aanleiding geven tot stromingsverstoring.

Het doel van de onderhavige uitvinding is dit nadeel te vermijden en in een verbeterde inrichting te voorzien om de fluïdum langs 35 een oppervlak waar te nemen en zichtbaar te maken.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven inrichting verwezenlijkt doordat het (optisch) aanzicht van het zichtdeel van de flap in de eerste toestand afwijkt van het aanzicht van de andere 1003153 3 zijde van de flap resp. het in een toestand onder de flap liggende gebied van het oppervlak.

Aan de uitvinding ligt het inzicht ten grondslag dat na het omklappen van de flap een ander aanzicht ontstaat. Dit kan veroor-5 zaakt worden doordat de flap zelf aan beide zijden van verschillende optische eigenschappen voorzien is, doordat de flap optische eigenschappen heeft die afwijken van die van het oppervlak of doordat het in rusttoestand door de flap bedekte deel optische eigenschappen heeft, die afwijken van het overige van het oppervlak. In alle ge-10 vallen zal bij het omslaan van de flap een zeer duidelijk zichtbare verandering in aanzicht optreden.

Deze verandering in aanzicht kan een kleurverschil omvatten.

Het is echter ook mogelijk dat de reflecterende eigenschappen wijzigen doordat een van de oppervlakken retroreflecterend is.

15 Tevens is het mogelijk de zichtbaarheid te verbeteren door toe passing van fluorescentie of fosforescentie. Deze en andere mogelijkheden tot verbeteringen zijn voor degenen bekwaam in de stand der techniek algemeen bekend.

Bij de constructie volgens het hierboven beschreven rapport van 20 de TU Delft bestaat het nadeel, dat de flap over de gehele hoogte daarvan min of meer elastisch dient te zijn om de omslag te kunnen verwezenlijken. Daardoor worden bijzonder hoge eisen aan de gebruikte materialen gesteld. De hoogte van de daar toegepaste flappen is maximaal 5 mm waardoor de zichtbaarheid en gevoeligheid beperkt 2 5 worden.

Bijzonder duidelijk wordt het verschil in aanzicht indien de verschillende zijden van de flappen een verschillende kleur hebben. Een andere mogelijkheid is het gebied van het oppervlak waarvan het stromingsgedrag bepaald moet worden waarop de flap in de eerste 30 toestand ligt een aanzicht te geven dat afwijkend is van het gebied waarop de flap in de tweede toestand ligt.

Om dit nadeel te vermijden wordt volgens de uitvinding voorgesteld een aantal kleinere flappen op het oppervlak aan te brengen. Deze kunnen dan onafhankelijk van elkaar bewegen en zo kunnen op 35 elke positie nauwkeurig de heersende stromingsomstandigheden bepaald worden. In tegenstelling tot de eerder beschreven constructie is het vlak van de flap altijd in dezelfde richting gepositioneerd en vindt geen torsie over de breedte van de flap plaats. Bovendien kan de 1003153 4 plaats van verandering nauwkeurig gelokaliseerd worden. Dit in tegenstelling tot werkwijzen waarbij rook gebruikt wordt.

Hoewel de breedte van de flappen elk in de stand der techniek bekende waarde kan hebben wordt er echter de voorkeur aan gegeven 5 deze ongeveer 8 cm breed te maken. Voor de hoogte volgt met dezelfde argumenten ongeveer 2,5 cm. Enerzijds is het een zodanige breedte dat een wezenlijk deel van de stroming omvat wordt, en anderzijds is een oppervlakte van 8 cm c 2,5 cm op grotere afstand met behulp van de hierboven beschreven maatregelen goed zichtbaar.

10 De flappen kunnen elke in de stand der techniek bekende gedaan te hebben. Bij voorkeur zijn deze echter trapeziumvormig uitgevoerd waarbij de hoeken van het trapezium van de vrije einden afgerond zijn. Bovendien is de verbinding met de schoepen en dergelijke ook afgerond. Gebleken is dat door met name dit laatste af ronden een 15 aanzienlijk toegenomen levensduur verkregen kan worden.

De flap kan op alle bekende in de stand der techniek bekende wijzen met het oppervlak verbonden zijn. Bij voorkeur bestaat de flap uit een verhoudingsgewijs stijf lijfdeel en een verhoudingsgewijs flexibel scharnierdeel. Het scharnierdeel kan bijvoorbeeld een 20 filmscharnier zijn, maar ook is voorstelbaar daarvoor een rubber vel materiaal toe te passen.

De uitvinding zal hieronder onder andere aan de hand van een in de tekeningen afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld nader verduidelijkt worden. Daarbij tonen: 25 Fig. 1 schematisch afgebeeld een windturbine;

Fig. 2 een deel van het vleugelprofiel van de windturbine;

Fig. 3 een detail van een flap afgebeeld in fig. 2 en

Fig. 4 de richtingsdetector met vier flapjes.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een profiel van een 30 vleugel van een windturbine uiteengezet worden. Begrepen dient echter te worden dat de inrichting volgens de uitvinding met evenveel succes toepasbaar is op elk ander profiel waarvan de stromingseigen-schappen bepaald moeten worden. Daarbij kan gedacht worden aan vliegtuigen, zeilen, schoorstenen en dergelijke.

35 Dit betreft stromingen van een gas. De uitvinding is echter eveneens toepasbaar bij fluïdumstromingen. Daarbij kan gedacht worden aan bestudering van het stromingsgedrag langs scheepsrompen, schroeven en dergelijke in water.

1003153 5

De in fig. 1 af geheelde windturbine 1 bestaat uit een staander 2 met daarop twee tegenover elkaar liggende schoepen of wieken 3 aangebracht. Detail II in fig. 1 is in fig. 2 weergegeven. Met pijl 9 is de stromingsrichting aangegeven terwijl 10 een deel met terug-5 stroming aangeeft. Deze terugstroming is nauw gekoppeld aan het afnemen van de draagkracht van het profiel met toenemende invalshoek van de stroming ook wel 'overtrekken' van het profiel genoemd. Bij wieken van bepaalde windturbines is het optreden van dergelijke overtrek bij grote invalshoeken van belang omdat door het op juiste 10 wijze dimensioneren van de vleugel verwezenlijkt kan worden dat boven een bepaalde windkracht de vleugel de stroming zodanig verstoort dat niet meer vermogen door de molen opgenomen wordt.

D.w.z. dat bij geringe windkracht het profiel optimaal benut wordt om alle aanstromende wind zoveel mogelijk in nuttige energie 15 om te zetten terwijl bij hoge windkracht er bewust naar gestreefd wordt deze energie niet volledig te gebruiken.

Daarom is het van belang het stromingsgedrag langs een profiel nauwkeurig te kennen. Het is duidelijk dat ook bijvoorbeeld van vleugelprofielen van vliegtuigen het bijzonder gewenst is na te gaan 20 wat de stromingseigenschappen zijn, zij het dat de overwegingen daar andere zijn.

In fig. 2 is het detail II weergegeven en daaruit blijkt dat op de zuigzijde van het vleugelprofiel een aantal kleine flapjes 5 is aangebracht.

25 In fig. 3 is een enkele flap afgeheeld. Daarbij is de breedte met b aangegeven en de hoogte met h. Deze breedte kan 8 cm zijn en de hoogte 2 cm. In fig. 3 is eveneens aangegeven dat het gebied 8 van het oppervlak waarboven de stromingseigenschappen bepaald moeten worden optisch afwijkt van het daartegenover liggende ten opzichte 30 van het scharnier gespiegelde gebied van het oppervlak in aanzicht. Dit kan verwezenlijkt zijn door retro-reflecterend, fluorescerend zijn enz. Bevestiging aan het bovendeel 11 van het profiel kan via een band plaatsvinden of direct (zie fig.2). In de in fig. 2 afge-beelde uitvoering is de schamierrand 6 van het flapje de voorrand 35 en het vrije einde de achterrand. Daarbij is het scharnier zo flexibel uitgevoerd, bijvoorbeeld als rubberscharnier, dat reeds een kleine component van de stromingsrichting 9 of 10 van de achterrand naar de voorrand voldoende is om het flapje te doen omslaan.

1003153 6

Uit fig. 2 en 3 blijkt dat het flapje trapeziumvormig uitgevoerd is. Gebleken is dat indien de vrije hoeken van het flapje afgerond zijn (aangegeven met 7), de belasting van het scharnier minder is en daardoor met name de levensduur van het scharnier aan-5 zienlijk verlengd wordt ofwel dat het scharnier veel lichter uitgevoerd kan worden. Dit kan echter in veel aanzienlijker mate bevorderd worden door de bevestiging met het oppervlak waarvan de stro-mingseigenschappen bepaald moeten worden afgerond uit te voeren hetgeen aangegeven is met 13.

10 Zoals uit fig. 2 blijkt, bestaat aan de achterzijde van het profiel terugstroming weergegeven door pijl 10. Daardoor slaan flapjes 6,7 en 8 (gedeeltelijk) om. Daardoor komt het retroreflecterende oppervlak aangebracht op het profiel vrij te liggen. Het is vanzelfsprekend mogelijk in plaats van een retroreflecterend gebied een 15 kleurverschil toe te passen. Bovendien is het mogelijk dit kleurverschil niet aan te brengen op het profiel maar op het flapje.

Gebleken is dat bij toepassing van retroreflecterend materiaal het bijzonder eenvoudig is waar te nemen wanneer de flapjes omslaan en of deze omgeslagen zijn. Indien dicht bij de waarnemer een licht-20 bron opgesteld is, kan deze ook op grote afstand duidelijk het omslaan van de flapjes waarnemen. Dit omslaan kan bovendien fotografisch of met video vastgelegd worden.

Het is duidelijk dat de dikte van het flapje verhoudingsgewijs gering moet zijn om de stroming niet te beïnvloeden. Voorgesteld 25 wordt een waarde toe te passen kleiner dan 0,3 mm.

Het is vanzelfsprekend dat indien het profiel vochtig is of zelfs in vochtige toestand sterk afkoelt (tot vastvriezen) de werking van de flapjes niet langer gegarandeerd is. Het is echter gebleken dat na het opheffen van dergelijke ongunstige weersomstandig-30 heden flapjes weer volop functioneren.

In fig. 4 is een richtingsdetector met vier flapjes getoond. Afhankelijk van de stromingsrichting kan de detector op acht verschillende wijzen oplichten. Elke 45 graden verandering van de stromingsrichting zal steeds één flapje doen omslaan.

35 Gebleken is dat met name bij toepassing van een retroreflecte rend oppervlak en een voldoend sterke lichtbron het ook mogelijk is om snel bewegende profielen te onderzoeken. Weliswaar ontstaat bewe-gings-onscherpte, maar indien een en ander fotografisch vastgelegd 1003153 7 wordt zal afhankelijk van de ligging van het flapje al dan niet een lichtspoor blijken te ontstaan.

Hoewel de uitvinding hier aan de hand van enkele voorkeursuitvoeringen beschreven is, moet begrepen worden dat daaraan talrijke 5 wijzigingen aangebracht kunnen worden zonder buiten het bereik van de onderhavige aanvrage te geraken, zoals gedefinieerd in bijgaande conclusies. Zo is het mogelijk de hierboven beschreven inrichting toe te passen voor het testen van alle andere in de stand der techniek bekende profielen, zoals de stroomlijnvorm van voertuigen.

10 1003153

Claims (13)

1. Inrichting voor het zichtbaar maken van de richting van een fluïdumstroming langs een oppervlak, omvattende een scharnierend met 5 dat oppervlak verbonden flapachtig deel, welk deel aangepast is om in een eerste bepaalde stromingstoestand tegen een eerste gebied van dat oppervlak te liggen en in een tweede bepaalde stromingstoestand om het scharnier gedraaid te zijn, met het kenmerk, dat het (optisch) aanzicht van het zichtdeel van de flap in de eerste toestand 10 afwijkt van het aanzicht van de andere zijde van de flap resp. het in een toestand onder de flap liggende gebied van het oppervlak.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het verschil in aanzicht verwezenlijkt is tussen de ene en de andere zijde van de flap.

3. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het verschil in aanzicht is verwezenlijkt tussen het ene gebied van het oppervlak waarop de flap in de eerste toestand rust en het andere gebied van het oppervlak waarop de flap in de tweede toestand rust.

4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het verschil in aanzicht een kleurverschil omvat.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het verschil in aanzicht een verschil in reflecterende eigenschappen omvat.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een van de zijden van de flap resp. het door de flap bedekte gebied van het oppervlak een retroreflecterend vlak omvat.

7. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een aantal flappen.

8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de breedte (b) van de flap ongeveer 8 cm is.

9. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de flap een trapeziumvormig gedaante omvat.

10. Inrichting volgens conclusie 7 waarbij de vrije, van de 35 schamierlijn weg liggende hoeken van het trapezium afgerond zijn.

11. Inrichting volgens conclusie 9 of 10, waarbij de overgang tussen de flap en het oppervlak afgerond (13) is uitgevoerd.

12. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waar- 1003153 bij de flap omvat een verhoudingsgewijs stijf lijfdeel en een verhoudingsgewijs flexibel scharnierdeel.

13. Inrichting volgens conclusie 9, waarbij het scharnierdeel rubbervelmateriaal omvat. 5 ****** 1 0031 53