Kaikkihan sen tietävät, että esimerkiksi rekan perässä "imussa" ajaessa säästyy polttoainetta.
Voisiko ilmanvastuksen työn hyödyntää kulkuneuvon edessä olevalla tuuliturbiinilla?
Eli kun normaalisti kulkuvälineen otsapinta-ala puskee ilmavirtaa vastaan, niin nyt mentäisiinkin imussa turbiinin takana. Ajoviimasta saataisiin talteen osa energiasta ja varsinaisen kulkineen keulaan ei kohdistuisi enää yhtä suurta ilmanvastusta.
Näin saataisiin edes osa ilmanvastukseen tuhlatusta energiasta takaisin.
Voisiko ilmanvastuksen työn hyödyntää kulkuneuvon edessä olevalla tuuliturbiinilla?
Eli kun normaalisti kulkuvälineen otsapinta-ala puskee ilmavirtaa vastaan, niin nyt mentäisiinkin imussa turbiinin takana. Ajoviimasta saataisiin talteen osa energiasta ja varsinaisen kulkineen keulaan ei kohdistuisi enää yhtä suurta ilmanvastusta.
Näin saataisiin edes osa ilmanvastukseen tuhlatusta energiasta takaisin.
Vastaukset 69
Vanhimmat
Meinaat, että "rekan paikalla" olisi tuulipropelli tuottamassa sähköä ja sitten varsinainen ajokki peesaisi tuulimyllyn "imussa".
Kokonaisvastus epäilemättä kasvaisi, mutta korvaukseski saataisiin sähköäkin, kun nyt ajoviiman ilmanvastus menee kokonaan hukkaan.
Mielenkiintoinen ajatus. Kyseessähän ei ole mikään "ikiliikkujaidea", jonka pystyisi lonkalta torppaamaan.
Tuo tuottaisi sähköä korkeintaan ajoneuvon kokonaisvastuksen lisääntymisen verran, käytännössä varmasti vähemmän.
Aivan kuorma-auton perässä ajaminen kyllä säästää takana ajavan auton polttoainetta, mutta ei ajajan hermoja. Säästöä on toki tutkittu, en enää muista lukemista muuta kuin että olivat mielestäni yllättävän pienet ja siihen pieneenkin lukemaan päästäkseen oli ajettava aivan vaarallisen lähellä edellä ajavaa kuorma-autoa. Laitonta se on joka tapauksessa.
"Tuo tuottaisi sähköä korkeintaan ajoneuvon kokonaisvastuksen lisääntymisen verran, käytännössä varmasti vähemmän."
Ei pidä paikkaansa. Luulosi ei ole fysikaalisesti perusteltavissa yhtään mitenkään.
Ei ole edes vaikeaa toteuttaa asiaa siten että kokonaisvastus pienenee eikä lisäänny.
On kylläkin täysin mahdotonta toteuttaa ideaa siten että lainsäädännön vaatimukset täyttyvät, myös jalankulkijan törmäysturvallisuuden osalta, eli sopii lähinnä suljetulle rata-alueelle.
Tuulimyllyn+toereettinen+hyötysuhde+on+noin+60+%.+Käytännössä+se+lienee+35+%+paikkeilla.+Eli+tuulimylly+vastaa+noin+vastuskerrointa+K=0.35.+
Tuo+siis+edellyttää,+että+auto+pystyisi+peesaamaan+propellia+ilman+mitään+vastusta.+Toinen+laita+on,+että+vastuskerroin+olisi+propellin+ja+auton+kertoimien+summa+eli+0.62.
Mikähän mahtaa olla buldoggi-mallisten kuorma-autojen ilmanvastuskerroin noin suunnilleen? Neuvostoliittolaiset sähköveturitkin ovat aika kulmikkaita, luotijunat sentään jo vähän virtaviivaisempia.
Vertailun vuoksi muistin pohjalta, että pallon K=0.44. Pisaran muotoinen auto on siis selkeästi parempi.
Joskus otin digikameralla kuvia pisaroista ja ne olivat pallon muotoisia ;-)
Voisiko ilman ohjata propellin jälkeen ajoneuvon ohitse, siis sivuille, päälle ja alle?
Mikä oli pisaroiden nopeus.
Pisarat olivat tippuneet ehkä muutaman kymmenen senttiä. Nopeutta en osaa sanoa.
Optimaalisin muoto lienee se, josta ei jää jäljelle lainkaan "imua"?
Kaikki kohdat pielessä. Vastuskerroin ja hyötysuhde eivät ole sama asia, eivätkä lukuarvosi vastaa lainkaan todellisuutta.
"Mikähän mahtaa olla buldoggi-mallisten kuorma-autojen ilmanvastuskerroin noin suunnilleen?"
0,8
Tää:
Että kaikki väärin. Mutta ei mitään perusteluja.
Hauleja on valmistettu pudottamalla sulaa lyijyä pisaroina korkeasta tornista jäähdyttävään nesteeseen. En tiedä, onko neste vettä vai esimerkiksi vettä, jonka pinnalla on kerros öljyä. Joka tapauksessa tällä menetelmällä on onnistuttu saamaan hauleihin toivottu pyöreä muoto.
En tiedä, kuinka suurelta osalta tuo muoto muodostuu jo vapaapudotuksen aikana ja kuinka paljon törmäys nesteen pintaan vielä vaikuttaa siihen. Sopinee olettaa, että sula lyijy ehtii jähmettyä jokseenkin kiinteään olomuotoon putousilmavirran vaikutuksesta. Pudotuksen aikana alapintaan kohdistuu ainakin jonkin verran ilmanvastuksen litistävää vaikutusta.
Tampereen Pispalassa on ollut maamerkkinä tuollainen entisaikojen haulitorni, lieneekö pystyssä vieläkin? Ympäristösyistä on lyijyhauleista siirrytty mm. teräs- ja vismuttihauleihin, metsästäjien vastustuksesta huolimatta.
Luulisi että haulit ovat jäähtyneet muotoonsa jo ilmalennon aikana, koska jos ne törmäävät jäähdytysnesteeseen sulana, niin tuskin pysyvät pyöreinä.
Mitä lyijyhauleihin tulee, niin kyllä niitä edelleen saa käyttää pl. vesilinnut. Itse asiassa metsäyhtiöt ovat kieltäneet teräshaulien käytön alueillaan, koska ne rikkovat sahat. Myös saaliin kannalta lyijyhauli on "mukavampi".
Mutta eiköhän tässä ollutkin ihan tarpeeksi aiheeseen kuulumatonta jorinaa..
Perusteluja oli jo, esim: Vastuskerroin ja hyötysuhde eivät ole sama asia.
Toisekseen kuorma-auton ilmanvastuskerroin on noin 0,8, eikä 0,27.
Jälkimmäinen pätee alhaisen ilmanvastuksen henkilöautoille, eli ei liity ketjun aiheeseen.
Nykyautoilla satasen nopeudessa kulutuksesta noin puolet menee ilmanvastuksen voittamiseen. Se tekee noin 3 litraa satasella "ilmaston lämmittämiseen".
Satasen vauhdissa ilmanvastus henkilöautolle on suunnilleen 200 N, se vastaisi hieman yli 0.5 litran polttoaineen energiaa / h !
Esimerkkinä tietyissä olosuhteissa pelkkä laturi kiilahihnoineen vaatii saman tehon, joten kulutusta ei voi verrata suorassa suhteessa ilmanvastukseen, tai kuvitella että se olisi lähelläkään puolta kokonaistarpeesta.
P=F+v.+Satasen+nopeudessa+P+on+5.5+kW,+jos+F+on+tuo+200+N.+Tasaisessa+ajossa+moottorin+hyötysuhde+voi+olla+30+%+luokkaa.+Silloin+polttoaineteho+olisi+18.3+kW.+Te+tarkoittaa+noin+1.8+litraa+bensaa+tunnissa.
Jos kulkuvastuksiksi katsotaan pelkästään renkaiden vierintävastus ja ilmanvastus, niin ne saattavat hyvinkin olla 50/50.
Tuo näyttää soveltuvan hyvin tiettyjen tahojen argumentiksi ja alentaa nopeutta ja perustelu uppoaa todennäköisesti tietämättömään kansanosaan sujuvasti.
Nykyisin löytyy myös mittaustuloksia kulutuksista ja ne kertovat aivan muuta.
Noin 60 km/h on todettu yleensä nopeudeksi jonka alle lähes kaikkien autojen kulutus/km alkaa kasvaa ja toisesta päästä löytyy lukemia joissa vasta yli 100 km/n nopeuksissa kulutus/ km on pienin.
Anekdoottina kerrottakoon että 1970-luvulla toisen energiakriisin jälkeen jätettiin ruuhkaksi asti erilaisia patenttihakemuksia tuulitunneleista/potkureista auton läpi, katolle, sivuille ja vähän kaikkialle.
Tiettävästi yhtään hakemusta ei ole hyväksytty.
Kos "kippo" kuljettajineen painaa 1400 kg ja vierintävastuskerroin on 0.015, niin vierintävastusvoimaksi tulee 206 N.
Mielestäni vauhdin kasvaessa noin 90km/h ilman vastus on dominoiva.
Mitä tulee patentteihin. Olen aika varma ettei patentti ota kantaa toimiiko laite vai ei, vain sen uutuuteen ja siten suojaa sen. Olisi paljon patentteja joita ei ole voinut testata monesta eri syystä ja niiden toimivuudesta ei ole varmuutta, mutta silti patentti piti saada.
Nykyinen auto tekemällä propelli eteen mennään suurempaan vastukseen. Sitä vastus lisää ei saataisi takaisin.
"Nykyinen auto tekemällä propelli eteen mennään suurempaan vastukseen. Sitä vastus lisää ei saataisi takaisin."
Potkuri eli propelli kuluttaa aina akselitehoa, eikä koskaan tuota sitä.
Patopisteen kohdalle asennettu pieni turbiini ei koskaan lisää kokonaisvastusta, mutta tuottaa akselitehoa jota voidaan muuntaa sähkötehoksi.
Muistaakseni Saab Drakeneissa oli potkuri joka tuli hätätilanteessa kun kone sammui, ulos jauhamaan sähköä.
Ei tiedä Saabista, mutta vastaava varavoimakone on joissakin matkustajakoneissa myös. Lentokorkeutta voidaan hyödyntää sähköksi, toisin kuin autoissa.
No jos alamäessä otettaisiin ilmanvastusta talteen, jottei vauhti kasva liian suureksi, ja sitten ylämäessä käytettäisiin talletusenergiaa hyödyksi, ettei vauhti hyytyisi liikaa.
Joku voisi laskeakin, mutta veikkaanpa, että tuulimyllyn pitäisi olla järjettömän kokoinen, jotta toimisi autoliikenteen n. 80 km/h nopeuksissa. Ja olisiko siitä yhtään mitään hyötyä verrattuna voimansiirron generaattoriin?
Ei ollut Drakenissa mutta Hawkista se löytyy
Ei+vaan+päinvastoin,+jos+pyyhkäisyala+on+yli+10%+otsapinta-alasta,+ei+se+voi+mitenkään+kannattaa+edes+teoriassa.
Jostain on jäänyt mieleen, että " 1 m2 pinta-alaa kohti tuulimyllyllä saadaan 5 m/s tuulessa 50 W sähkötehoa".
Teho on verrannollinen nopeuden kolmanteen potenssiin, joten satasen nopeudella (28 m/s) teho neliötä kohti olisi 176-kertainen eli 8.8 kW.
Laturin teho on luokkaa 0.5 kW, joten sen korvaamiseksi riittäisi melko pieni hyrrä vaikkapa katolle. Veneissähän noita näkee.
Jos+tuosta+nyrkkisäännöstä+laskee+hyötysuhteen,+niin+saa+tulokseksi+62+%.+Se+on+lähellä+tuulimyllyn+teoreettista+hyötysuhdetta.+Käytännössä+päästään+korkeintaan+50+%+tasolle,+jolloin+tuo+50+W+pitäisi+olla+40+W.+Mutta+hehtaarilla+kumminkin.
Laturin tehoon riittäisi halkaisijaltaan 30 cm propelli satasen nopeudessa. Sellainen pysyy helposti suksitelineellä. Onko kukaan kokeillut.
Tuosta+koituisi+arviolta+20+N+lisävastusvoima+ko.+nopeudella.+Se+on+luokkaa+10+%+ilmanvastuksesta.+Kulutus+nousisi+5+%+verran+eli+jotain+0.25+litraa+satasella.+Sillä+saisi+0.5+kWh+sähköä.
Hondan kilowatin aggregaatti näyttää esitteen mukaan kuluttavan maksimiteholla 0,6 litraa / tunnissa, eli 0,5 kWh saataisiin samalla hyötysuhteella 0,3:lla litralla.
-
" Jostain on jäänyt mieleen, että " 1 m2 pinta-alaa kohti tuulimyllyllä saadaan 5 m/s tuulessa 50 W sähkötehoa"
Tuolla nopeudella neliömetrin alalle ilman kokonaisliike-energia on vain alle 40 J/s, josta tehoksi ei saada kuin osa.
Kun se osa muutetaan huonolla hyötysuhteella sähköksi niin 50 W on ilmeinen muistiharha.
taidat sekoittaa tehon ja energian
Ei minulla.
Edellä jo totesin, että todellisuus on kuitenkin lähempänä 40 W. Tuo 50 W taisi olla jossain ABB:n mainoslehtisessä aikoinaan.
Kuinka-niin
Jäi tuosta sanomatta että akselitehoksi saadaan vajaa 40 W, mutta J/s on käsittääkseni validi tehon määritelmä.
Kykenet+oletettavasti+itsekin+laskemaan+että+5+m/s+ilmanopeuden+100+%+energia/1+m^2,+(siis+kokonaan+pysäytetty+liike+)+on+jo+alle+50+W+joten+sähkötehoksi+siitä+ei+saada+likikään+samaa+määrää.
Tuulen+teho+neliömetriä+kohti+on+0.5+roo+v^3.+Kun+ilman+tiheys+roo=1.285+kg/m3+ja+v=5+m/s,+niin+tuosta+saadaan+80.3+W.
Voima on ½ r00*Av^2 ja teho ½ *F*v joten tulos on 38 W, (roo = 1.23) ja siitä saadaan akselitehoksi ehkä puolet ja sitten akselitehosta suunnilleen puolet saadaan sähkötehoksi.
Teho on F*v, ei ½ *F*v, kun v on vakio.
Tuuliturbiinin+hyötysuhteen+teoreettinen+maksimi+on+100%,+ei+59,3%.
"Tuolla nopeudella neliömetrin alalle ilman kokonaisliike-energia on vain alle 40 J/s"
eikös tuossa ole sekoitettu energia ja teho?
Laittaisin+tekstisi+näin:
Teho on kyllä F*v , mutta koska kyseessä on hidastuva liike, keskimääräinen nopeus on ( v1 v2)/2 eli tapauksessa jossa liike hidastuu vakiovoimalla se on v/2.
Kehotan tutustumaan tarkemmin fysiikan lainalaisuuksiin.
v1 = 27,78 m/s
v2 = 26,78 m/s
keskivauhti ei silloin todellakaan ole v1 / 2.
Enempää ei ilmaa kannata hidastaa, koska silloin turbiinin lavat hukkaavat energiaa turbulenssien tuottamiseen, mikä kostautuu ajovastuksien kasvuna ja siten hyötysuhteessa.
Pysyn kannassani, että tuulen teho on P= A 0.5 roo v^3.
Tähän+verrataan,+kun+hyötysuhdetta+lasketaan.
Ikävää että et ole ymmärtänyt asiaa.
Pysyn kannassani, että tuulen teho on P= A 0.5 roo v^3.
Miksi jatkat inttämistäsi vaikka et pysty perustelemaan asiaa edes itsellesi ?
Jaaha, että oikein rautalangasta pitäisi vääntää fysiikan alkeita. No, menköön.
Tuulen energia tilavuusyksikköä kohti on 0.5 roo v^2. Tilavuusvirtaus pinnan läpi on A v. Energiavirta (J/s) eli teho (W) on näiden tulo A 0.5 roo v^3.
Tuulimyllyllä osa tuosta tehosta muunnetaan mekaaniseksi tehoksi ja sitten sähköksi. Tehojen suhde kertoo hyötysuhteen.
Tuulimyllyn optimitehon laskeminen on oma lukunsa, johon tuossa edellä jo viittasin.
Näyttää tämä nesteiden ja kaasujen virtaus kompastelevan jatkuvasti ja lähes aina samoista syistä.
Teoria on sama sekä kaasulle että nesteelle jos kokoonpuristuvuutta ei ole eli lähtökohtana on kuten yleensä Newtonin F = m a ja kun molemmat puolet kerrotaan ajalla päädytään impulssin kaavaan F*t = m*a*t jossa a*t = dv = v2-v1, ja v2 on fluidin laitteesta ulos tuleva nopeus ja v1 laitteelle tuleva nopeus.
Voiman yhtälöksi saadaan siis F = m/t *(v2-v1).
Tässä tehdään yleisesti ensimmäinen virhe olettaessa että m/t on massavirta jonka suuruus on roo*A*v2, juuri sitä se ei ole, vaan roo*A*s/t, jossa s = voiman tekemä matka ja aikayksikköä kohden se on (v1 v2)/2 (= keskinopeus, ei loppunopeus) ja sijoitettuna voiman kaavaan päädytään F = ½ roo*A*(v2^2-v1^2).
Samaan tulokseen päädytään myös energiaperiaatteella kun liike-energioiden erotus on F*s ja massa = roo*A*s.
Otan avuksi Frouden hyötysuhde kaavan n = F*v1 /P = 2/(1 v2/v1) josta tehon kaavaksi saadaan P = F *½(v2 v1) eli teho ei ole voima kertaa ulostulo tai jarrutettava nopeus vaan voima kertaa vaikutusmatkansa s aikayksikköä kohden, kuten edelläkin, eli nopeutena on käytettävä keskimääräistä nopeutta..
Jos kiihdytys aloitetaan paikaltaan tai jos nopeus hidastetaan nollaan , kaavoissa luonnollisesti silloin v1 = 0.
Virtaavan ilman liike-energia tilavuusyksikköä kohti on 0.5 * roo * (v1)^2
Tilavuusvirtaus pinnan läpi on A * (v2)
Energiavirta (J/s) eli teho (W) on näiden tulo A * 0.5 * roo (v1)^2 * (v2).
Vain ja ainoastaan silloin kun ilmaa ei hidasteta turbiinilla lainkaan pätee v1=v2, kaikissa muissa tapauksissa v2 < v1, ja tällöin ilman liike-energia alussa
tilavuusyksikköä kohti on 0.5 * roo * (v1)^2
lopussa 0.5 * roo * (v2)^2
Ja liike-energioiden ero tilavuusyksikköä kohti on siten
0.5 * roo * ((v1)^2 - (v2)^2)
samalla kun Tilavuusvirtaus pinnan läpi on A * (v2 v1) / 2
Energiavirta (J/s) eli teho (W) on näiden tulo eli
0.25 * roo * ((v1)^2 - (v2)^2) *A * (v2 v1)
Hyötysuhteen kertoo kaava Eta = F * v / ( T*w),
jossa F on turbiinin akselin ja samalla auton kulkusuunnan suuntainen voimakomponentti, v on auton ajovauhti tiensuhteen, T on turbiinin akselilla vaikuttava vääntömomentti, ja w on akselin kulmavauhti. Kaavassa ei esiinny lauseketta: A*0.5*roo v^3, eikä ko lausekkeen arvolla ole lainkaan vaikutusta turbiinin hyötysuhteeseen, mikä on täysin riippumaton BETZ:in laista!
Kun puhutaan autolle tehdystä työstä tai sen aikaderivaatasta on matka auton kulkema matka, mikä riippuu auton ajovauhdista, eikä ilman vauhdista ennen tai jälkeen turbiinin vuorovaikutuksen eikä myöskään ilmavauhtien keskiarvosta.
TS väite: "teho ei ole voima kertaa ulostulo tai jarrutettava nopeus vaan voima kertaa vaikutusmatkansa s aikayksikköä kohden, kuten edelläkin, eli nopeutena on käytettävä keskimääräistä nopeutta" on virheellinen, koska auton keskivauhti ei riipu mitenkään ilman keskivauhdista, vaan on esimerkissä vakio vauhti.
Etpä tainnut oikein ymmärtää, tuossahan käsiteltiin turbiinille tulevaa ja siitä lähtevää ilmanopeutta, ei kai sillä ole merkitystä johtuuko se auton liikkeestä tai ilman liikkeestä.
Kun puhutaan autoon asennettavasta turbiinista on sillä todellakin suuresti merkitystä tuleeko tehoa auton moottorista vai tuulesta, kun sellaista sattuu olemaan. Kun on tyyntä ei sillä ole mitään merkitystä kuinka paljon ilma turbiinin vaikutuksesta hidastuu tai on hidastumatta. Merkitystä on vain ja ainoastaan sillä että kaavasta Eta = ( T*w) / (F * v) laskettu hyötysuhde on riittävän suuri.
Tuossa siis käsitetltiin ketjun aiheen kannalta täysin epärelevanttia asiaa ja vieläpä sen kannalta fysikaalisesti väärin.
Se mistä olen puhunut edellä on tuo P_wind. Eli juuri se A 0.5 roo v^3.
https://en.wikipedia.org/wiki/Betz's_law
Juuri sitä yritin selittää.
Linkissäsi on tehon kaava P = ½*p*S*v*(v1^2-v2^2) ja välittömästi sen alapuolella on : v = ½*(v1 v2), eli täsmälleen kuin edellä esitin.
Jos merkkaat tuosta jomman kumman nopeuden nollaksi päädyt kaavaan P = 1/4 *pSv^3, eli olet ymmärtänyt lukemaasi hieman puutteellisesti.
Nimenomaan, eli olet puhunut asian vierestä. Tuo ei liity yhtään mitenkään ketjun aiheeseen. On aiheen kannalta täysin samantekevää mistä pinta-alasta turbiini tehonsa repii, merkitystä on vain sillä paljon ko akselitehoa tulee ja paljonko vastusta se aiheuttaa, sekä paljonko auton ilmanvastus sen takia alenee.
BETZ laki ei todellakaan liity aiheeseen lainkaan, eikä kerro autoon asennettavan turbiiniin hyötysuhteesta mitään. Se kertoo coefficient of performance lausekkeen arvon, mikä ei liity hyötysuhteeseen lainkaan, vaikka monessa lähteessä niin virheellisesti väitetään.
En ole kritisoinut tuota P-arvoa missään vaiheessa. Olen vain todennut, että referenssitehona käytetty P_wind on A 0.5 roo v^3. Tehokerroin on sitten P/P_wind. Sen olen ymmärtänyt hyötysuhteena.
Jos siis jättöpuolen nopeus on v2=0, niin tehokerroin on 1/4. Parempaan (16/27) päästään optimin kohdalla, kun jättönopeus on 1/3 v1.
Korjaan, 1/4 paikalla siis 1/2 tuossa yllä.
Siis tulkinta teoreettiseksi hyötysuhteeksi (Carnotn kaavan tapaan) on virheellinen.
Hyvä tietää. Pitää vähän funtsata. Tuntui luontevalta ajatella, että pinnan A läpi menevästä tuulen tehosta saadaan sähköksi P verran ja sen vertaaminen P_wind arvoon olisi hyötysuhde.
Olet näköjään juuttunut aivan omaan kuoppaasi näkemättä mitään sivuillesi.
Edellinen keskustelu liittyi aiheeseen siten että se yritti selvittää kuinka suuren tehon turbiini voi teoreettisesti tuottaa jollain virtausmäärällä.
Se ei siis vastaa kysymykseen kokonaishyötysuhteesta eri olosuhteissa mutta on yksi asiaan vaikuttavista ja ns. "hyvä tietää".
Jos et itse ole kiinnostunut, niin jätä vaille huomiota mutta älä ryhdy sotkemaan omasta mielestäsi tärkeänä pitämiäsi seikkoja yhteyteen, johon ne eivät kuulu.
Wiki:+"Tuuliturbiinin+suurin+teoriassa+mahdollinen+hyötysuhde+on+16/27+(eli+noin+59,3+%),+kuten+Albert+Betzin+vuonna+1919+muotoilema+Betzin+laki+osoittaa".
Jep jep
Korjataan vielä tuo ns. tehokerroin, se on siis 0.25 kun v2= 0 ja 8/27 = 0.296 kun v2 on 1/3
Eikö ilmavirran kitka auton pintaa vasten kannattaisi hyödyntää ottamalla sen energiaa talteen lisäämättä kuitenkaan ilmanvastusta, nyt se menee hukkaan ja vain hiukan staattista sähköa varautuu auton koriin.