Auftriebsbeiwert

Der Auftriebsbeiwert (c_A) ist eine dimensionslose Kennzahl. Sie dient zur Charakterisierung des dynamischen Auftriebs eines umströmten Körpers, wie beispielsweise eines Rotors einer Windkraftanlage.

Der Auftriebsbeiwert ist abhängig von der Geometrie des umströmten Körpers und dessen Orientierung zur Strömung. Er ermöglicht die Berechnung der am Körper angreifenden Kräfte und kann in einem Windkanal ermittelt werden. Je größer der Auftriebsbeiwert, desto größer ist der resultierende dynamische Auftrieb. Die Orientierung des Körpers zur Strömung wird bei Windkraftanlagen durch den Anstellwinkel beschrieben.

Der Auftriebsbeiwert ist vor allem bei Auftriebsläufern von Bedeutung, da diese das Auftriebsprinzip zur Energieumwandlung nutzen. Bei diesem Anlagentyp steigt der Energieertrag mit steigendem Auftriebsbeiwert.

In Kombination mit weiteren Kennzahlen und Umgebungsbedingungen ermöglicht der Auftriebsbeiwert zudem die exakte Beschreibung der aerodynamischen Eigenschaften einer Windkraftanlage. Beispielsweise wird das Verhältnis aus Widerstandsbeiwertc_W und Auftriebsbeiwert c_A als Gleitzahl ε bezeichnet. Für ein günstiges Strömungsverhältnis werden Anlagen so konstruiert und betrieben, dass der Auftriebsbeiwert deutlich größer ist als der Widerstandsbeiwert. Im Betrieb ist deswegen zu beachten, dass beide Werte abhängig vom Anstellwinkel der Rotorblätter sind.

In Abbildung 1 ist der Zusammenhang zwischen Anstellwinkel und Auftriebsbeiwert für ein beispielhaftes Rotorprofil dargestellt. Mit zunehmendem Anstellwinkel steigt der Auftriebsbeiwert zunächst linear an. Nach dem Erreichen eines Maximums sinkt der Auftriebsbeiwert und es kommt zum Abriss der Strömung vom Profil. Dieser Strömungsabriss wird auch als Stall bezeichnet. Er kann bei Windkraftanlagen zur Leistungsregelung, der sogenannten Stallregelung, genutzt werden. Neben dem Auftriebsbeiwert steigt der Widerstandsbeiwert mit zunehmendem Anstellwinkel. Für den Betrieb eines Auftriebsläufers ist deshalb ein Optimum für die Gleitzahl, also das Verhältnis der beiden Beiwerte, zu ermitteln.

Synonym(e):

Auftriebskoeffizient

Englische Übersetzung(en):

lift coefficient