Zusammenfas. [PDF, 1,5 MB] - Fachhochschule Düsseldorf
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2 Problematik der Windgeschwindigkeitsmessung<br />
a) Zeitsignal b) ungemitteltes Frequenzspektrum<br />
Bild 2.2 Beispiel einer turbulenten Strömung<br />
Den Unterschied zwischen der Turbulenz (im Bild 2.2a blau dargestellt) und der<br />
Schwankung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit (im Bild 2.2a rot dargestellt)<br />
kann man mit den Begriffen „Mikro“ und „Makro“ erklären. Die Turbulenz ist<br />
hochfrequent, das heißt im Zeitbereich betrachtet sind es Mikro-Schwankungen und die<br />
Schwankung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit ist niederfrequent - also eine<br />
Schwankung in einem größeren oder „Makro“ Zeitbereich. Wie aus dem Bild 2.2<br />
ersichtlich, ist die Turbulenz von einer höheren Frequenz, als die Schwankung der<br />
mittleren Strömungsgeschwindigkeit.<br />
In der Fachliteratur findet man leider wenige Aussagen, in welchen Frequenzbereichen<br />
die Turbulenz und die Schwankung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit definiert<br />
ist. Für die Ermittlung der Anströmgeschwindigkeit der Windenergieanlage werden<br />
üblicherweise 10-Minuten-Mittelwerte der Windgeschwindigkeit verwendet. Damit<br />
kann keine Angabe zu dem Turbulenzgrad erfolgen, weil die hochfrequenten<br />
Geschwindigkeitsschwankungen nicht erfasst werden. In der Meteorologie werden die<br />
niederfrequenten Schwankungen oft als Turbulenz bezeichnet. Deshalb sollte man bei<br />
jeder Turbulenzmessung den verwendeten Frequenzbereich der<br />
Geschwindigkeitsschwankung mit angeben.<br />
2.2.1 Berechnung des Turbulenzgrades<br />
Den zeitlichen Mittelwert jeder Geschwindigkeitskomponente kann man wie folgt<br />
bestimmen [7]:<br />
1<br />
t<br />
t 1<br />
cx = ⋅ ∫ cxdt<br />
y = ⋅ ∫<br />
1<br />
0<br />
Hochfrequente<br />
Turbulenz c‘(t)<br />
Schwankung der mittleren<br />
Geschwindigkeit c (t)<br />
1<br />
t 1<br />
Strömungsgeschwindigkeit 0 Hz<br />
Schwankung der mittleren<br />
Geschwindigkeit 10 Hz<br />
c cydt<br />
z = ⋅<br />
t<br />
∫<br />
1<br />
t<br />
0<br />
1 0<br />
Hochfrequente Turbulenz<br />
t 1<br />
1<br />
c c dt (2.1)<br />
z<br />
11