WO2013127922A1 - Wirbelstruktur für windradflügel - Google Patents

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WO2013127922A1
WO2013127922A1 PCT/EP2013/054031 EP2013054031W WO2013127922A1 WO 2013127922 A1 WO2013127922 A1 WO 2013127922A1 EP 2013054031 W EP2013054031 W EP 2013054031W WO 2013127922 A1 WO2013127922 A1 WO 2013127922A1
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radius
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wind turbine
groove structure
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Marco Feusi
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    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a surface overflowed by a fluid and having a surface. Rillenstruk ur having multiple juxtaposed in the surface grooves. Furthermore, the invention relates to a wind turbine and a vehicle having such a surface.
  • Windmills or windmills are well known in the art. These are most often those with a horizontal axis of rotation in which the wind drives the wind turbine by causing rotation of the rotor through the circulation of wind turbine blades or rotor blades which are parts of a rotor.
  • the rotational speed of such a wind wheel depends inter alia on the
  • the rotational speed of the rotor can be influenced in particular by the force to be transmitted to a generator by increasing the load of the generator and thus the rotational resistance of the wind turbine. With higher electrical energy to be supplied, the load and thus the resistance of the generator increases.
  • the above sizes the above sizes, the
  • the object of the present invention is a surface overflowed by a fluid with a To provide groove structure of the above technical field, which forms a reduced surface resistance in the overflow through the fluid.
  • the object of the present invention over the known prior art is in particular the efficiency of a
  • the groove structure has concave and convex portions which are transverse to the directions on the groove structure
  • the grooves of the groove structure may be formed fan-shaped, i. they may form an acute angle different from each other at 0 ° so as to be respectively aligned perpendicular to a flow direction of the fluid over the surface. This is particularly important in rotor blades of a wind turbine or helicopter or in propellers, where due to the rotational movement of the rotor and along the rotor blade increasing distance from
  • RotationsZentrum an ever higher local orbital velocity of the wing compared to the Luf occurs.
  • the rela ive movement direction of the air relative to the wing, and the grooves may be correspondingly inclined or curved to compensate for this effect.
  • the grooves can also with respect to their depth and / or width along their Ver1aufsricht.ung and thus in They change perpendicularly to the direction of flow of the fluid, in particular in a linear relationship to the increasing local distance from the center of rotation, becoming wider and / or deeper.
  • the side by side is essentially perpendicular to one
  • Flow direction extending grooves are considered in this case as locally parallel.
  • Wind turbine blades, rotor or propeller but for example, mounted on a vehicle, aircraft, watercraft or in a pipeline, that the grooves are arranged not only locally but also globally parallel to each other.
  • the groove structure with its concave and convex
  • Concave sections are those portions of the surface that can be realized in particular by a recess, because they define a cavity at least partially enclosed and limited by the surface, while convex
  • Sections may be formed by projections that are arched outwardly from a flat surface.
  • the course direction of the grooves running in the surface is the direction along which a groove runs in each case. Are perpendicular to this direction,
  • the grooves preferably run in a straight line, but can also be curved or curved.
  • the course direction is aligned substantially perpendicular to a flow direction of the fluid over the surface. This means that the fluid flowing over the surface is adjacent to a possible surface vertical component mainly a perpendicular to
  • Running direction extending velocity component parallel to the surface The direction of flow is then aligned substantially perpendicular to the flow direction of the fluid over the surface when the
  • Flow direction of the fluid over the surface can be decomposed into two linearly independent components such that the aligned perpendicular to the Verlaufsrich the grooves component a larger amount aufv / eist than the aligned parallel to the Verl ereoplasty component.
  • the concave portions have a semicircular cross section with a first radius.
  • Semicircular concave portion has been found to be particularly advantageous in friction reduction. It is under a semicircular cross section such
  • the convex portions have a semicircular cross section with a second radius.
  • a semicircular convex portion has been found to be particularly advantageous in friction reduction.
  • Particularly preferred are the first radius and the second radius of two adjacent concave and convex
  • a defined location a location that can be defined by its position along the direction of a concave or convex portion.
  • a location at a concave portion is at an in-progress
  • the first radius and / or the second radius are variable in the course direction of the grooves. This means that the radius of the concave portion and / or the radius of the convex portion in a local view of the
  • first radius and the second radius depend on an expected one
  • first radius and the second radius may be different from one another perpendicular to the course direction, ie substantially parallel to the flow direction of the fluid across the surface.
  • first radius and the second radius are perpendicular to the direction of the same.
  • the surface is formed as BeSchichtung. This makes it especially good that one already
  • a particularly preferred application of the invention is a windmill having a surface according to the invention on at least one wing of a rotor or rotor blade of the windmill. Such a wind turbine could be examined in model experiments.
  • the surface structure according to the invention makes it possible for wind turbines to be already installed turn lower wind speeds and thus can produce electricity even in low-We We terlagen.
  • a vehicle is in particular a motor vehicle, for example an automobile, a truck or bus, a train, an aircraft, a ship or a rocket.
  • the invention can also be realized on surfaces of buildings, Hellkopterr gates and masts,
  • Fuel savings or an increase in speed with constant energy consumption In the case of fixed objects, such as buildings or masts, the surface of the invention leads to a lower wind load on the building, in the pipelines to improved flow performance.
  • the figure shows a schematic view of a wing of a windmill with a preferred surface.
  • the schematic representation of a Windraderie1s 10 shown in the figure is intended to illustrate a preferred embodiment of the invention.
  • the wind turbine blade 10 comprises a surface 12, which during operation of the wind turbine of a
  • the surface 12 has a groove structure along a
  • a flow direction S of the fluid across the surface 12 is indicated.
  • Flow direction S results inter alia from the fact that the wind turbine, z the wind turbine blade 10 belongs, rotates in a direction of rotation R, which is also shown in the figure.
  • the part of the wind turbine blade 10 shown in the figure below shows a wing root 18, while the upper part of the Windraderie1s 10 in the figure shows an edge bow 20 of the wing.
  • the substantially linearly extending grooves of the surface 12 extend at an angle ⁇ of about 45 °
  • Insert on a rotor e.g. on a wind turbine blade, has proven particularly advantageous when the depth and width of the grooves increase from 1 mm at the wing root to 6 mm at the edge bend.
  • the illustrated in the figure surface 12 has concave both at its wing root 18 and the edge bow 20
  • Edge bow 20 both in the concave portion 14.1 and the convex portion 16.1 are each 5 mm. This variation of the radii of the surface structure takes into account, in particular, the changed fluid velocities with respect to the surface 12. From this, a fan shape of the
  • Groove structure result because increased by the increased radii and thus increased depths and widths of the grooves and the spacings of the groove centers.

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Oberfläche (12), die von einem Fluid überströmt wird und einen Rillenstruktur mit mehreren nebeneinander in der Oberfläche (12) verlaufenden Rillen aufweist. Dabei weist die Rillenstruktur konkave (14.1, 14.2) und konvexe Abschnitte (16.1, 16.2) auf, die quer zu einer jeweiligen Verlaufsrichtung (V) der Rillen in der Oberfläche (12) jeweils abwechselnd aufeinander folgend angeordnet sind. Dabei sind die Verlaufsrichtungen (V) im Wesentlichen senkrecht zu einer Strömungsrichtung (S) des Fluids über die Oberfläche (12) ausgerichtet.

Description

Wirbelstruktur für Windradflügel
TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende E findung betrifft eine Oberfläche , die von einem Fluid überströmt wird und die eine. Rillenstruk ur mit mehreren nebeneinander in der Oberfläche verlaufenden Rillen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Windrad und ein Fahrzeug mit einer solchen Oberfläche.
STAND DER TECHNIK
Windräder oder Windmühlen sind im Stand der Technik gut bekannt . Hierbei handelt es sich am häufigsten um solche mit horizontaler Rotationsachse , bei denen der Wind das Windrad antreibt , indem durch die Umstromung von Windradflügeln oder Rotorblättern, die Teile eines Rotors sind, eine Rotation des Rotors bewirkt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit eines solchen Windrades hängt unter anderem von der
Windgeschwindigkeit, dem Anstellwinkel der einzelnen
Rotorblätter gegen den Wind, der Ausrichtung des Rotors gegenüber der indrich ung und verschiedenen Reibungsgrößen ab . Schließlich kann die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors insbesondere durch die auf einen Generator zu übertragene Kraft beeinflusst werden, indem die Last des Generators und damit der Rotationswiderstand des Windrads erhöht wird . Bei höherer zu leistender elektrischer Energie steigt die Last und damit auch der Widerstand des Generators . Zusätzlich zu den oben genannten Größen hängt die
Rotationsgeschwindigkeit eines solchen Windrades auch von dem Strömungswiderstand ab , den die Rotorblätter oder Flügel des Rotors dem Wind entgegensetzen . DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Allgemein besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine von einem Fluid überströmte Oberfläche mit einer Rillenstruktur aus dem obigen technischen Gebiet bereitzustellen, die einen reduzierten Oberflächenwiderstand beim Überströmen durch das Fluid bilde . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik liegt insbesondere darin, die Effizienz eines
Windrades zu erhöhen, indem die Reibung des Windes gegenüber der Oberfläche eines Rotorblatts reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 sowie die Gegenstände der Ansprüche 8 bis 10 gelöst . Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Erfindungsgemäß weist die Rillenstruktur konkave und konvexe Abschnitte auf, die quer zu den Verlaufsrichtungen auf der
Oberfläche j eweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind. Ferner sind die Verlaufsrichtungen der Rillenstruk ur im Wesentlichen senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Fluids über die Oberfläche ausgerichtet.
Die Rillen der Rillenstruktur können dabei fächerförmig ausgebildet sein, d.h. sie können einen spitzen, von 0° verschiedenen Winkel zueinander bilden, um jeweils senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Fluids über die Oberfläche ausgerichtet zu sein. Dies ist insbesondere bei Rotorblättern eines Windrades oder Helikopters oder bei Propellern von Bedeutung, wo aufgrund der Rotationsbewegung des Rotors und des entlang des Rotorblatts zunehmenden Abstands vom
RotationsZentrum eine immer höhere lokale Bahngeschwindigkeit des Flügels gegenüber der Luf auftritt . Dadurch verändert sich mit zunehmendem Abstand vom Rotationszentrum lokal die rela ive Bewegungsrichtung der Luft gegenüber dem Flügel , und die Rillen können zum Ausgleich dieses Effekts entsprechend geneigt oder gekrümmt sein.
Dabei können sich die Rillen auch bezüglich ihrer Tiefe und/oder Breite entlang ihrer Ver1aufsricht.ung und damit im esent1ichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids verändern, insbesondere in linearem Verhältnis zum größer werdenden lokalen Abstand vom Rota ionsZentrum breiter und/oder tiefer werde .
Die nebeneinander im Wesentlichen senkrecht zu einer
Strömungsrichtung verlaufenden Rillen werden vorliegend als lokal parallel angesehen. Zusätzlich ist es auch möglich, insbesondere falls die Oberfläche nicht auf einem
Windradflügel, Rotor oder Propeller , sondern beispielsweise auf einem Fahrzeug , Flugzeug, Wasserfahrzeug oder in einer Rohrleitung angebracht ist, dass die Rillen nicht nur lokal , sondern auch global parallel zueinander angeordnet sind . Die Rillenstruktur mit ihren konkaven und konvexen
aufeinanderfo1genden Abschnitten kann beispielsweise durch aufeinanderfolgende abwechselnde Ausnehmungen und Vorsprünge einer Oberfläche realisiert werden . Konkave Abschnitte sind dabei solche Abschnitte der Oberfläche, die insbesondere durch eine Ausnehmung realisiert werden können, weil sie einen von der Oberfläche zumindest teilweise umschlossenen und begrenzten Hohlraum definieren, während konvexe
Abschnitte eher durch Vorsprünge ausgebildet sein können, die von einer ebenen Oberfläche aus nach außen gewölbt sind.
Die Verlaufsrichtung der in der Oberfläche verlaufenden Rillen ist die Richtung, entlang der 1 eweils eine Rille verläuft . Senkrecht zu dieser Ver1aufsrichtung sind,
aufeinanderfolgend und abwechselnd mit konkaven und konvexen Abschnitten versehene Rillen angeordne . Die Rillen verlaufen dabei bevorzugt geradlinig, können edoch auch gebogen oder gekrümmt verlaufen .
Die Verlaufsrichtung ist dabei im Wesentlichen senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Fluids über die Oberfläche ausgerichtet . Dies bedeutet , dass das über die Oberfläche strömende Fluid neben einer möglichen zur Oberfläche senkrechten Komponente hauptsächlich eine senkrecht zur
Verlaufsrichtung verlaufende Geschwindigkeitskomponente parallel zur Oberfläche aufweist. Die Verlaufsrichtung ist dann im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluids über die Oberfläche ausgerichtet , wenn die
Strömungsrichtung des Fluids über die Oberfläche derart in zwei linear unabhängige Komponenten zerlegt werden kann, dass die senkrecht zur Ver1aufsrich ung der Rillen ausgerichtete Komponente einen größeren Betrag aufv/eist als die parallel zur Ver1aufsrichtung ausgerichtete Komponente .
Dabei weisen die konkaven Abschnitte einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius auf. Ein
halbkreisförmiger konkaver Abschnitt hat sich als besonders vorteilhaft bei der Reibungsreduktion erwiesen . Dabei ist unter einem halbkreisförmigen Querschnitt ein solcher
Querschnitt zu verstehen, der im Wesentlichen halbkreisförmig ist. Dies ist erfindungsgemäß dann der Fall, wenn das Gradmaß des konkaven Abschnitts einen Wert von zwischen 170° und 190° , bevorzugt von etwa 180°, hat . Mit anderen Worten hat die Ausnehmung einen Öffnungswinkel von zwischen 190° und 170° , bevorzugt 180° .
Mit Vorteil weisen alternativ oder zusätzlich die konvexen Abschnitte einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem zweiten Radius auf . Ein halbkreisförmiger konvexer Abschnitt hat sich als besonders vorteilhaft bei der Reibungsreduktion erwiesen . Besonders bevorzugt sind dabei der erste Radius und der zweite Radius zweier benachbarter konkaver und konvexer
Abschnitte an einer in Ver1aufsrichtung definierten Stelle gleich . In dieser Ausführungsform sind also die Querschnitte der konkaven und konvexen Abschnitte, abgesehen von ihrer konvexen bzw . konkaven Form, im Wesentlichen gleich . Mit anderen Worten entspricht die Ausnehmung des konkaven
Abschnitts im Wesentlichen genau dem Vorsprung des konvexen Abschnitts. Eine solche Oberfiächenform hat sich in Modellversuchen als besonders vorteilhaft für die
Reibungsreduktion der Oberflächenströmung und die
Effizienzerhöhung des Windrades herausgestellt .
In diesem Zusammenhang ist eine in Verlaufsrichtung
definierte Stelle ein Ort , der durch seine Position entlang der Verlaufsrichtung eines konkaven oder konvexen Abschnitts definiert sein kann. Anders ausgedrückt liegen ein Ort an einem konkaven Abschnitt an einer in Ver1aufsri tung
definier en ersten Stelle und ein Ort an einem konvexen
Abschnitt an derselben in Verlaufsrichtung definierten ersten Stelle im Fall benachbarter konkaver und konvexer Abschnitte unmittelbar nebeneinander . Das bedeutet , die kürzeste
Verbindung zwischen diesen beiden Punkten verläuft genau senkrecht zur Verlaufsrichtung .
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Radius und/oder der zweite Radius in Verlaufsrichtung der Rillen veränderlich ausgestalte . Dies bedeutet , dass sich der Radius des konkaven Abschnitts und/oder der Radius des konvexen Abschnitts bei einer lokalen Betrachtung der
Rillenstruktur entlang der Ver1aufsrichtung verändert, also größer oder kleiner werden .
Insbesondere wird bevorzugt, dass der erste Radius und der zweite Radius in Abhängigkeit von einer erwarteten
Überströmgeschwindigkeit des Fluids über die Oberfläche an einer bestimmten Stelle in Verlaufsrichtung zu höheren
Geschwindigkeiten hin größer werden.
Alternativ und zusätzlich ist es möglich, dass sich der erste Radius und der zweite Radius senkrecht zur Verlaufsrichtung , d.h. im Wesentlichen parallel zur Strömungsriehtung des Fluids über die Oberfläche, voneinander unterscheiden. Das bedeute , dass benachbarte konkave und konvexe Abschnitte an derselben Steile entlang der Ver1a fsrichtung unterschiedliche Radien aufweisen können . Es ist alternativ j edoch auch möglich, dass der erste Radius und der zweite Radius senkrech zur Verlaufsrichtung gleich groß sind. Mit Vorteil ist die Oberfläche als BeSchichtung ausgebildet . Dies ermöglicht es besonders gut, dass eine bereits
vorhandene Oberfläche nachträglich mit der Rillenstruktur z einer erfindungsgemäßen Oberfläche gemacht werden kann . Dies kann beispielsweise auch durch eine selbstklebende Folie realisiert werden.
Eine besonders bevorzugte Anwendung der Erfindung ist ein Windrad mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche auf zumindest einem Flügel eines Rotors oder Rotorblatts des Windrads. Ein solches Windrad konnte in Modellversuchen untersucht werden.
Es wurde in Modellversuchen herausgefunden, dass die Reibung zwischen der Oberfläche und dem Fluid um bis zu 30% reduziert v/erden kann. Dies führt dazu, dass das Fluid wesentlich schneller über die Flügeloberfläche strömen kann . Dies wiederum ermöglicht einen Erhöhung des über der
Flügeloberfläche aufgrund des Bernoullieffektes erzeugten Sogs /Unterdrucks und damit letztlich eine gesteigerte
Effizienz des Windrades bei der 31romerzeugung gegenüber Windrädern mit konventioneller Oberfläche .
Mit anderen Worten wird durch die erfindungsgemäße
Oberfläche, die auch als „Wirbelteppich" bezeichnet werden kann, der Wind auf dem Flügelprofil weniger abgebremst und erhöht damit die Druckdifferenz zwischen der dem Wind zugewandten Seite des Flügelprofiis und der dem Wind
abgewandten Seite erhöht . Dies erhöht die Effizienz und deshalb , bei gleicher Windgeschwindigkeit, die
Rotationsgeschwindigkeit oder den Energieeintrag in den
Generator . Andererseits ermöglicht die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur , dass sich Windräder bereits bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten drehen und damit auch bei schwachwindigen We terlagen Strom erzeugen können.
Eine weitere bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen
Oberfläche liegt in einem Fahrzeug mit einer außen liegenden erfindungsgemäßen Oberfläche . In diesem Zusammenhang sind unter einem Fahrzeug insbesondere ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel ein Automobil, ein Lastkraftwagen oder Bus, ein Zug, ein Flugzeug, ein Schiff oder eine Rakete zu verstehen.
Ferner lässt sich die Erfindung auch auf Oberflächen von Gebäuden, Hellkopterr toren und Masten realisieren,
insbesondere auch auf dem Mast eines Windrotors oder einem Strommast . Auc bei Innenflächen von Rohr1eitungen, die
Fluide führen, wurde die Erfindung erfolgreich getestet und derar ige Rohrleitungen stellen deshalb ebenfalls eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Oberfläche dar .
Die Reduktion des Strömungswiderstandes resultiert bei den Fahrzeugen insbesondere in einer Energie- und damit
Treibstoffersparnis oder einer Geschwindigkeitserhöhung bei gleichbleibendem Energiebedarf . Im Falle der feststehenden Objekte, beispielsweise den Gebäuden oder Masten, führt die erfindungsgemäße Oberfläche zu einer geringeren Windlast auf das Gebäude, bei den Rohrleitungen zu einer verbesserten Durchflussleistung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche .
KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
Die Figur zeigt eine schematische Ansicht eines Flügels eines Windrades mit einer bevorzugten Oberfläche . WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die in der Figur gezeigte schematische Darstellung eines Windradflüge1s 10 soll eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung illustrieren. Der Windradflügel 10 umfasst eine Oberfläche 12 , die beim Betrieb des Windrades von einem
Fluid, nämlich von Luft, überströmt wird. Die Oberfläche 12 weist eine Rillenstruktur auf , die entlang einer
Verlaufsrichtung V ausgerichtete , linear ausgebildete Rillen umfasst.
Senkrecht zur Verlaufsrichtung V ist eine Strömungsrichtung S des Fluids über die Oberfläche 12 angedeutet . Die
Strömungsrichtung S ergibt sich unter anderem daraus, dass sich das Windrad, z dem der Windradflügel 10 gehört , in einer Drehrichtung R dreht, die in der Figur ebenfalls eingezeichnet ist.
Der in der Figur unten dargestellte Teil des Windradflügels 10 zeigt eine Flügelwurzel 18 , während der in der Figur obere Teil des Windradflüge1s 10 einen Randbogen 20 des Flügels zeigt .
Die im Wesentlichen linear ausgedehnten Rillen der Oberfläche 12 verlaufen in einem Winkel α von ca. 45° zur
HaupterStreckungsrichtung des Windradflügels 10. Diese
Ausrichtung entspricht der idealen Ausrichtung beim
Rotationsbetrieb des Windrades, sodass die Luft entlang der Strömungsrichtung S über die Oberfläche 12 strömen kan .
Je nach Konfiguration des Windrades sind j edoch auch andere Winkel als der Winkel o: = 45° denkbar und es ist sogar möglich, dass sich dieser Winkel im Verlauf des
Windradflüge1s 10 von der Flügelwurze.1 18 zum Randbogen 20 analog zu einem Einstellwinkel des Flügelrades ändert .
Daneben ist es auch möglich, dass sich die Größe der Rillen, deren Tiefe und/oder Breite , im Verlauf des Windradflügels 10 von der Flügelwurzel 18 zum Randbogen 20 hin ändert,
beispielsweise linear zunimmt. Es hat sich als für den
Einsatz auf einem Rotor, z.B. auf einem Windradflügel, als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Tiefe und Breite der Rillen von 1 mm an der Flügelwurzel zu 6 mm am Randbogen vergrößern.
Die in der Figur illustrierte Oberfläche 12 weist sowohl an ihrer Flügelwurzel 18 als auch am Randbogen 20 konkave
Abschnitte 14.1, 14.2 und konvexe Abschnitte 16.1, 16.2 auf. Sowohl die konkaven Abschnitte 14.1, 14.2 als auch die konvexen Abschnitte 16.1, 16.2 sind halbkreisförmig
ausgestaltet und haben jeweils an der Flügelwurzel 18 und am Randbogen 20 die gleichen Radien.
Der Radius der konkaven und konvexen Abschnitte der
Oberfläche 12 verändert sich jedoch von der Flügelwurzel 18 zum Randbogen 20 hin. An der Flügelwurzel 18 betragen der Radius des konkaven Abschnitts 14.2 und der Radius des konvexen Abschnitts 16.2 jeweils 2 mm, während sie am
Randbogen 20 sowohl beim konkaven Abschnitt 14.1 als auch beim konvexen Abschnitt 16.1 jeweils 5 mm betragen. Diese Variation der Radien der Oberflächenstruktur berücksichtigt insbesondere die veränderten Fluidgeschwindigkeiten gegenüber der Oberfläche 12. Hieraus kann eine Fächerform der
Rillenstruktur resultieren, weil durch die vergrößerten Radien und damit vergrößerten Tiefen und Breiten der Rillen auch die Abstände der Rillenmitten zunehmen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Oberfläche (12) , die von einem Fluid überströmt wird und die eine Rillenstruktur mit mehreren nebeneinander
verlaufenden Rillen aufweist,
wobei die Rillenstruktur konkave (14.1, 14.2 ) und konvexe Abschnitte (16.1, 16.2) aufweist, die quer zu einer jeweiligen Verlaufsrichtung (V) der einzelnen Rillen in der Oberfläche (12) jeweils abwechselnd aufeinander folgend angeordnet sind,
wobei die konkaven Abschnitte ( 14.1 , 1 .2 ) einen
halbkreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius aufweisen und
wobei die Verlaufsrichtungen (V) im Wesentlichen
senkrecht, zu einer Strömungsrichtung (S) des Fluids über die Oberfläche ( 12 ) ausgerichtet ist.
2. Oberfläche ( 12 ) nach Anspruch 1, wobei die Rillen der Rillenstruktur parallel zueinander und zu einer gemeinsamen Verlaufsrichtung (V) in der Oberfläche ( 12 ) verlaufen.
3. Oberfläche (12 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die konvexen Abschnitte (16.1, 16.2) einen halbkreisförmigen Querschnitt mit ei em zweiten Radius aufweisen .
4. Oberfläche (12) nach Anspruch 3, wobei der erste Radius und der zweite Radius zweier benachbarter konkaver ( 14.1 ,
14.2 ) und konvexer Abschnitte (16.1, 16.2) an einer in
Verlaufsrichtung (V) definierten Stelle gleich sind.
5. Oberfläche (12) nach einem der Ansprüche 3 bis 4 , wobei der erste Radius und/oder der zweite Radius in
Verla fsrichtung (V) der Rillen veränderlich ausgestaltet ist .
6. Oberfläche ( 12 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Oberfläche ( 12 ) als BeSchichtung ausgebildet ist.
7. Oberfläche ( 12 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rillen jeweils eine lokale Tiefe und eine lokale Breite aufweisen,
wobei die lokale Tiefe und/oder die lokale Breite der Rillen entlang der Verlaufsrichtung (V) veränderlich ist, bevorzugt entlang der Verlaufsrichtung (V) linear zu- oder abnimm .
8. Rotorblatt mit einer Oberfläche ( 12 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf zumindest einem Flügel ( 10 ) eines
Windrads oder Helikopters.
9. Fahrzeug mit einer außen liegenden Oberfläche ( 12 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Rohr1eitung mit einer Innenoberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
PCT/EP2013/054031 2012-02-28 2013-02-28 Wirbelstruktur für windradflügel WO2013127922A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016101055A1 (pt) * 2014-12-26 2016-06-30 Botelho Paulo Potencializador natural para pás aeradas em helices de geradores eólicos
AU2018271387B2 (en) * 2017-09-11 2019-08-29 Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. Enclosure having outer surface with vortex-induced vibration suppression function

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111649033A (zh) * 2020-05-26 2020-09-11 北京航空航天大学 一种基于边界涡串减阻的管道及其应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB812318A (en) * 1956-07-16 1959-04-22 Calumet & Hecla Improvements in or relating to tubular heat exchange elements
BE1003326A6 (nl) * 1990-01-15 1992-02-25 Mathews Jordan William Werkwijze voor het verminderen van de wrijvingsweerstand van een bewegend voorwerp en voorwerp met aldus verminderde wrijvingsweerstand.
DE4140528A1 (de) * 1991-12-09 1993-06-17 Kouichi Nagahisa Mechanismus zum reduzieren des fluidwiderstandes an einer wandoberflaeche
WO1999062654A1 (en) * 1998-06-01 1999-12-09 Afatec S.R.L. Bimetallic corrugated tube and process for its manufacturing
JP2001050215A (ja) * 1999-08-11 2001-02-23 浩伸 ▲黒▼川 カルマン渦低減体
US20070110585A1 (en) * 2005-11-17 2007-05-17 General Electric Company Rotor blade for a wind turbine having aerodynamic feature elements
FR2900675A1 (fr) * 2006-05-05 2007-11-09 Ind Cotto Possagno Tuile amelioree avec des nervures de guidage pour la migration sous tuile des lignes d'eau.

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9013099U1 (de) * 1990-09-14 1991-11-07 Moser, Josef, 8058 Pretzen, De
DE10139436A1 (de) * 2001-08-10 2003-03-06 Airbus Gmbh Vorrichtung zur Verringerung des strömungsmechanischen Reibungswiderstandes
DE202010015816U1 (de) * 2010-11-24 2011-02-10 Lin, Zuei-Ling Aufbau zur Leistungssteigerung und Geräuschverringerung für einen Propeller

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB812318A (en) * 1956-07-16 1959-04-22 Calumet & Hecla Improvements in or relating to tubular heat exchange elements
BE1003326A6 (nl) * 1990-01-15 1992-02-25 Mathews Jordan William Werkwijze voor het verminderen van de wrijvingsweerstand van een bewegend voorwerp en voorwerp met aldus verminderde wrijvingsweerstand.
DE4140528A1 (de) * 1991-12-09 1993-06-17 Kouichi Nagahisa Mechanismus zum reduzieren des fluidwiderstandes an einer wandoberflaeche
WO1999062654A1 (en) * 1998-06-01 1999-12-09 Afatec S.R.L. Bimetallic corrugated tube and process for its manufacturing
JP2001050215A (ja) * 1999-08-11 2001-02-23 浩伸 ▲黒▼川 カルマン渦低減体
US20070110585A1 (en) * 2005-11-17 2007-05-17 General Electric Company Rotor blade for a wind turbine having aerodynamic feature elements
FR2900675A1 (fr) * 2006-05-05 2007-11-09 Ind Cotto Possagno Tuile amelioree avec des nervures de guidage pour la migration sous tuile des lignes d'eau.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016101055A1 (pt) * 2014-12-26 2016-06-30 Botelho Paulo Potencializador natural para pás aeradas em helices de geradores eólicos
AU2018271387B2 (en) * 2017-09-11 2019-08-29 Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. Enclosure having outer surface with vortex-induced vibration suppression function
US11131109B2 (en) 2017-09-11 2021-09-28 Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. Enclosure having outer surface with vortex-induced vibration suppression function

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