Widerstandsbeiwert

Der Widerstandsbeiwert (c_w) ist eine dimensionslose Kennzahl zur Charakterisierung des Strömungswiderstands eines umströmten Körpers, wie beispielsweise des Rotors einer Windkraftanlage.

Der Widerstandsbeiwert ist abhängig von der Geometrie des umströmten Körpers und dessen Orientierung zur Strömung. Er ermöglicht die Berechnung der am Körper angreifenden Kräfte. Je geringer der Widerstandsbeiwert ist, desto kleiner ist der resultierende Strömungswiderstand. Die Orientierung des Körpers zur Strömung wird bei Windkraftanlagen durch den Anstellwinkel beschrieben.

Der Widerstandsbeiwert ist vor allem bei Widerstandsläufern von Bedeutung. Diese nutzen das Widerstandsprinzip zur Energieumwandlung, indem sie der Luftströmung einen möglichst großen Widerstand entgegensetzen. Daher steigt bei Widerstandsläufern der Energieertrag mit steigendem Widerstandsbeiwert.

In Kombination mit weiteren Kennzahlen wie beispielsweise dem Auftriebsbeiwert und den Umgebungsbedingungen ermöglicht der Widerstandsbeiwert zudem die exakte Beschreibung der aerodynamischen Eigenschaften einer Windkraftanlage. Dies ist vor allem für Auftriebsläufer relevant, die das Auftriebsprinzip zur Energieumwandlung nutzen. Das Verhältnis aus Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert wird beispielsweise als Gleitzahl ε bezeichnet und wird zum Vergleich verschiedener Anlagen herangezogen. Für ein günstiges Strömungsverhältnis werden auftriebsnutzende Anlagen so konstruiert und betrieben, dass der Widerstandsbeiwert deutlich kleiner ist als der Auftriebsbeiwert. Im Betrieb ist deswegen zu beachten, dass beide Werte abhängig vom Anstellwinkel der Rotorblätter sind. Mit zunehmendem Anstellwinkel steigen Widerstandsbeiwert und Auftriebsbeiwert an. Ab einem Anstellwinkel von 15° steigt der Widerstandsbeiwert sehr stark an, der Auftriebsbeiwert fällt jedoch ab. Sogenannter stall tritt ein, das heißt die Strömung am Profil reißt ab.

In Tabelle 1 sind charakteristische Widerstandsbeiwerte verschiedener Geometrien dargestellt.

Synonym(e):

Strömungswiderstandskoeffizient

Englische Übersetzung(en):

drag coefficient