Technologie / Technischer Leitfaden
Luftdichte in der Windenergie: Temperatur, Druck und Feuchte
Windgeschwindigkeit beschreibt Bewegung; Luftdichte beschreibt die Masse in einem Volumen. Temperatur, Druck und Zusammensetzung verbinden diese Größen über ein Gaszustandsmodell. Feuchte verändert die Zusammensetzung und die Bedeutung eines atmosphärischen Messwerts.
Dieselbe Bewegung in verschiedenen Luftzuständen vergleichen.
Ein Dichtevergleich muss benennen, welche Größen fest bleiben. Eine Temperaturänderung bei konstantem Druck unterscheidet sich von einer Druckänderung bei konstanter Temperatur; keine davon rekonstruiert allein den Betriebspunkt eines Generators.
01 / Zustandsgrößen
Dichte gehört zu einem angegebenen Zustand.
Die Massendichte ρ ist Masse geteilt durch Volumen in kg/m³.
Die Massendichte ρ ist Masse geteilt durch Volumen in kg/m³. Statischer Druck, absolute Temperatur und Gaszusammensetzung beschreiben den zugehörigen Zustand. Die NASA-Übersicht zu Lufteigenschaften unterscheidet diese Eigenschaften von der Geschwindigkeit bewegter Luft.
Eine angegebene Dichte ist daher nicht bloß eine andere Bezeichnung für Höhe oder Windgeschwindigkeit. Zwei mit gleicher Geschwindigkeit bewegte Luftpakete können unterschiedliche Masse pro Volumen haben. Ebenso kann die Dichte eines Pakets ähnlich bleiben, während sich Richtung und Geschwindigkeit ändern.
02 / Druck
Absolutdruck in einer Gaszustandsbeziehung verwenden.
In der Idealgasbeschreibung gilt ρ = p/(Rspec T), wobei p der Absolutdruck, T die absolute Temperatur und Rspec die spezifische Gaskonstante in J/(kg K) ist.
In der Idealgasbeschreibung gilt ρ = p/(Rspec T), wobei p der Absolutdruck, T die absolute Temperatur und Rspec die spezifische Gaskonstante in J/(kg K) ist. Relativer Druck gegenüber einem beliebigen Bezug kann p nicht ohne Umrechnung ersetzen.
Die Gleichung beschreibt einen thermodynamischen Zusammenhang, nicht die Behauptung, reale feuchte Luft sei vollkommen ideal. Bei fester Temperatur und Zusammensetzung ergibt ein um 10% niedrigerer Absolutdruck in diesem Modell eine um 10% geringere Dichte; andere gleichzeitige Änderungen benötigen eigene Terme.
03 / Temperatur
Ein Temperaturverhältnis verwendet Kelvin.
Bei festem Druck und fester Zusammensetzung im selben idealen Modell ist die Dichte umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur.
Bei festem Druck und fester Zusammensetzung im selben idealen Modell ist die Dichte umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur. Ein direkter Vergleich in Grad Celsius ergibt das falsche Verhältnis, da der Celsiusnullpunkt nicht der thermodynamische Nullpunkt ist.
Für einen erfundenen Vergleich von 300 K zu 315 K beträgt das Dichteverhältnis 300/315, etwa 0.9524. Das ist unter den genannten Bedingungen eine Abnahme um 4.76%. Es ist keine Vorhersage derselben prozentualen Änderung der abgegebenen elektrischen Anlagenleistung.
04 / Wasserdampf
Die Zusammensetzung ändert sich auch bei festem Gesamtdruck.
Wasserdampf hat eine niedrigere molare Masse als das trockene Luftgemisch.
Wasserdampf hat eine niedrigere molare Masse als das trockene Luftgemisch. Werden bei gleichem Gesamtdruck und gleicher Temperatur einige trockene Luftmoleküle durch Wassermoleküle ersetzt, sinkt die Gemischdichte. Dieser Vergleich bedeutet nicht, bei festem Volumen Wasser hinzuzufügen und sämtliche trockenen Luftmoleküle beizubehalten.
Die bei NIST gehostete CIPM-Veröffentlichung zu feuchter Luft berücksichtigt ausdrücklich den Stoffmengenanteil von Wasserdampf und einen Kompressibilitätsfaktor. Relative Feuchte ist ein Bruchteil des Sättigungszustands bei der jeweiligen Temperatur; sie ist weder selbst der Wasserdampf-Stoffmengenanteil noch ein Dichteprozentsatz.
05 / Massenstrom
Gleiche Geschwindigkeit bedeutet nicht gleiche transportierte Masse.
Für gleichmäßige Strömung senkrecht zu einer festgelegten Fläche ist der Massenstrom ρAU.
Für gleichmäßige Strömung senkrecht zu einer festgelegten Fläche ist der Massenstrom ρAU. Ändert sich nur die Dichte, ändert sich diese Größe proportional. Auch der dynamische Druck enthält die Dichte, hängt jedoch quadratisch statt linear von der Geschwindigkeit ab, wie der Leitfaden zu Druckgrößen erklärt.
Ein rotierendes Blatt erfährt zusätzlich eine örtliche Relativströmung. Die Dichte beeinflusst diese aerodynamische Rechnung zusammen mit Geometrie und Strömungszustand. Ein Dichteverhältnis allein erfasst weder geänderte Beiwerte noch Regelreaktion, Umwandlungsverluste oder eine elektrische Betriebsgrenze.
06 / Bedingungen
Atmosphärenmodell und Produktgrenzen trennen.
Eine Referenzatmosphäre, ein gemessener Zustand und eine Feuchtluftnäherung dienen unterschiedlichen Zwecken.
Eine Referenzatmosphäre, ein gemessener Zustand und eine Feuchtluftnäherung dienen unterschiedlichen Zwecken. Eingangsgrößen und Gültigkeitsbereiche müssen ausdrücklich benannt bleiben. Eine praktische Standarddichte ist eine Referenzwahl, kein Nachweis, dass die Bedingungen ihr stets entsprechen.
Diese Seite legt weder einen MARSTON-Klimabereich noch eine Erzeugungskorrekturkurve fest. Sie erläutert den Luftzustand; der Leitfaden zur räumlichen Mittelung behandelt die Darstellung eines ungleichmäßigen Geschwindigkeitsfelds über einem Rotor.
Verwandte technische Leitfäden: Dynamischer Druck, statischer Druck und Beiwerte bei Windenergieanlagen · Räumliche Rotormittelung: Punktwind, Flächenmittel und äquivalente Geschwindigkeit · Nichtlineare Mittelwerte: Warum die dritte Potenz des Mittelwerts das Ergebnis verändert.
Allgemeiner Hintergrund: NASA Glenn: Gaszustandsgrößen und Dichte · Bei NIST gehostete CIPM-Originalveröffentlichung zur Feuchtluftdichte. Diese Quellen erläutern Branchenkonzepte; sie sind von den geltenden MARSTON-Produkt- und Projektunterlagen zu unterscheiden.
Zentrale Begriffe und Bedingungen.
Lesen Sie jede Größe mit ihrem Bezug, ihren Einheiten und den genannten Bedingungen. Ein allgemeiner Zusammenhang legt keinen modellspezifischen Wert fest.
| Begriff / Größe | Bedeutung / Zusammenhang | Bedingungen / Grenzen |
|---|---|---|
| Dichte | ρ in kg/m³ | Masse pro Volumen bei angegebenem Zustand. |
| Druck | Absolutes p in Pa | Relativer und absoluter Druckbezug sind verschieden. |
| Temperatur | T in K | Verhältnisse erfordern eine absolute Skala. |
| Wasserdampf | Bestandteilanteil | Relative Feuchte ist eine andere Größe. |
| Massenstrom | ρAU in kg/s | Modell gleichmäßiger Normalströmung und definierte Fläche. |
Technische Fragen.
Ist Dichte eine andere Bezeichnung für Windgeschwindigkeit?
Nein. Dichte betrifft Masse pro Volumen, Geschwindigkeit betrifft Bewegung.
Lassen sich Celsiuswerte für Dichteverhältnisse durcheinander teilen?
Nein. Das Temperaturverhältnis des idealen Gases verwendet Kelvin.
Bedeutet mehr Feuchte immer zusätzliche Masse bei festem Volumen?
Das ist eine andere Randbedingung. Der Vergleich hier hält Gesamtdruck und Temperatur fest, während sich die Zusammensetzung ändert.
Ist relative Feuchte der Stoffmengenanteil des Wasserdampfs?
Nein. Sie bezieht sich auf die Sättigung bei der angegebenen Temperatur.
Belegt eine Dichteänderung um 4.76% eine elektrische Leistungsänderung um 4.76%?
Nein. Maschinenaerodynamik, Regelung und elektrische Bedingungen sind ebenfalls relevant.
Sind tatsächliche MARSTON-Angaben zu zulässigen Umgebungsbedingungen genannt?
Nein. Dies erläutert Zustandsgrößen und ist keine Klima- oder Leistungseinstufung.
Technische Anfrage
Die technische Frage besprechen.
Windgeschwindigkeit beschreibt Bewegung; Luftdichte beschreibt die Masse in einem Volumen. Teilen Sie Modell und geltende Betriebs- oder Auslegungsinformationen für ein technisches Gespräch mit.