Im vorigen Kapitel wurde zuletzt festgestellt, dass Wände einen Einfluss auf Strömungen haben, wie auch z.B. die Reibung am Boden bei vorigen Wirbelstürmen. Besonders deutlich wird dies bei der Förderung von Fluid durch Rohrsysteme. Es herrscht zwar anfangs reibungsfreie ´laminare Strömung´, aber nach kurzer Strecke bilden sich Wirbel entlang der Wand. Diese turbulente Strömungen bilden Widerstand und es ist nur von der Relation Durchmesser zur Länge abhängig, bis jedes Rohrsystem selbst-sperrend wird. Mehr Druck nützt nichts, weil der Widerstand überproportional ansteigt.
Viktor Schauberger betonte immer wieder, dass vorrangig Sog zu nutzen sei, z.B. Fluid durch Rohre nicht hindurch gedrückt sondern gesaugt werden sollte. Verstärkter Sog bedeutet weniger Widerstand, so dass obige Selbst-Sperrung niemals auftreten wird. Schauberger hat mit diversen Formen von Rohren experimentiert, beispielsweise gewendelte Rohre mit ei-förmigem Querschnitt. Seine Rohre sind aber kaum baubar, darum habe ich nach einfacheren Lösungen gesucht. Mit diesen soll Widerstand reduziert werden auch für Anwendungen, bei denen per Druck ein Fluid-Durchsatz im Rohrsystem erfolgt.
Vor einigen Jahren habe ich in meiner Fluid-Technologie z.B. ein Potential-Drall-Rohr vorgeschlagen, wie in Bild 05.03.01 schematisch dargestellt ist. Der Querschnitt ist ein Vieleck, dessen Ecken gerundet sind. Darin bilden sich Nebenströme in Form rotierender Walzen, so dass der Hauptstrom wie ´auf Kugellagern´ frei von Reibung an der Wand fließen kann. Das Fluid darf nicht nur vorwärts im Rohr fließen, sondern mit Drall, durch welchen erst diese ´Walzenlager´ zustande kommen. Um den Drall aufrecht zu erhalten, ist das ganze Rohr gewendelt. Besonders wichtig ist dieser Drall-Strom bei Rohrbogen, weil damit alle Bahnen gleich lang sind.
Drallströmung in Rohren bietet nicht nur weniger Widerstand, es lagern sich weniger Sedimente ab, Wasser bleibt ´lebendiger´ oder Emulsionen homogener. Ich hatte ´enorme Nachfrage´ nach diesen Rohren, aber ich bin kein Unternehmer und kann nichts liefern außer Vorschlägen. Einige Unternehmen setzten diese Konzeption um und erhöhten mit diesen ´Wendelrohren´ z.B. den Wirkungsgrad von Wärmetauschern beachtlich.
Selbstsperrendes System
In Bild 05.03.02 ist schematisch die Ursache des Widerstandes in Rohren dargestellt in knapper Form (Details siehe oben erwähnte Fluid-Technologie), links mittels Längsschnitt und rechts per Querschnitt durch ein Rohr (rot).
Das Fluid (blau) fließt anfänglich parallel (A) zur Rohrwand, weist aber auch dort schon Bewegungskomponenten (B) auf, welche mehr oder weniger schräg zur Wand hin gerichtet sind. Diese werden nicht einfach mit gleichem Winkel reflektiert, vielmehr durch die Rauheit des Materials immer weiter einwärts gerichtet. Es baut sich damit eine ´Sperre´ (C) auf, praktisch analog zur extrem verdichteten Barriere rund um das Auge eines Hurrikans (siehe voriges Kapitel).
Problematisch ist dabei, dass bei einem runden Rohr aller nach innen weisende Druck im Zentrum zusammen trifft, wie durch die schwarzen Pfeile rechts im Querschnitt (D) skizziert ist. Wiederum radial wird dieser Druck reflektiert, so dass letztlich die Bewegungen vorwiegend quer zum Rohr verlaufen, ein ´dichter Pfropf´ den weiteren Durchfluss verhindert. Die theoretischen Formeln des Widerstands sind bekannt und praktisch vielfach belegt. Das simple und praktisch überall gegebene Problem der Förderung von Fluid durch Rohre kostet viel Energie und Kosten.
Segment-Rohr
Obige Potentialdrallrohre könnten dieses Problem mildern, aber offensichtlich war diese Lösung nicht ganz einsichtig. Darum möchte ich einen Vorschlag nachreichen, der das ´Kern-Problem´ angeht und darum leichter akzeptiert werden könnte.
In Bild 05.03.03 ist bei A der Querschnitt eines Rohres dargestellt, wobei die Rohrwand aus vier Segmenten besteht. Jedes Segment bildet etwa ein Viertel eines Kreises, dessen Mittelpunkt nicht identisch mit dem Rohrmittelpunkt ist. Ein Ende jeden Segments ist etwas weiter zur Rohrmitte hin gerichtet. Die Differenz der Radien ist durch S-förmige Abschnitte überbrückt.
Natürlich wird Fluid an den Wänden in alle Richtungen reflektiert, in Summe aber jeweils senkrecht zur jeweiligen Wand. Diese Bewegungs- bzw. Druckrichtungen sind hier durch Pfeile angezeigt. Es ist logisch, dass diese Druckrichtungen nun nicht mehr im Rohrmittelpunkt (wie im vorigen Bild bei D) zusammen treffen, sondern ´tangential´ um den Mittelpunkt herum wirken.
Damit prallen Partikel des Fluids nicht mehr frontal auf immer engerem Raum zusammen, vielmehr weichen sie sich im Prinzip im Kreis herum aus. Es ergibt sich vorwiegend die Situation der ´Auffahr-Unfälle´ aus vorigem Kapitel. Die mittige Zone (dunkelblau) wie auch das Umfeld (helleres Blau) wird damit in Drallbewegung versetzt.
Potentialwirbel
In diesem Bild bei B ist ein entsprechender Rohr-Querschnitt mit beispielsweise sechs Segmenten dargestellt. Der von den Segmenten ausgehende Druck, jeweils senkrecht zur Oberfläche, ist durch gestrichelte Linien markiert. Der Druck ist nicht radial, sondern etwas nach vorwärts gerichtet. Eine ring- bzw. walzenförmige Fluidschicht weiter innen (jeweils dunkleres Blau) erfährt damit Schub in Drallrichtung. Die Druck-Linien treffen weiter innen jeweils enger zusammen, so dass dortiges Fluid nur durch schnellere Drallbewegung ausweichen kann.
Bei zuvor diskutierten Bewegungsabläufen des Hurrikans oder Tornados war zuerst immer ein mittiger Rotationskern gegeben, der dann durch langsamere Bewegung der Umgebung beschleunigt wurde. Hier dagegen produziert eine Strömung in Längsachse des Rohres zunächst nur Druck von außen nach innen. Erst aus diesem gerichteten Umgebungsdruck (schräg einwärts) resultiert letztlich ein Potentialwirbel.
Bei einem normalen bzw. ´starren Wirbel´ bewegen sich Teile auf unterschiedlichen Radien, aber immer mit gleicher Winkelgeschwindigkeit. Beim Potential-Wirbel dagegen rotieren innere Teile schneller als Teile weiter außerhalb, was bei B durch unterschiedlich lange Pfeile markiert ist. Nur beim Potential-Wirbel sind interne Geschwindigkeitsdifferenzen geben und nur bei diesen kann voriger ´Sog-Effekt schneller Strömung´ zustande kommen.
Der Wirbel im Segment-Rohr wird also zunächst von außen her ausgelöst, aber dennoch im weiteren Verlauf selbst-beschleunigend sein. Er ´zieht´ damit Fluidteile in sich hinein. Zum Zentrum hin wird nicht nur schnellere Bewegung, sondern auch erhöhte Dichte gegeben sein. Umgekehrt ist damit weniger Dichte entlang der Wand gegeben und somit weniger Reibungswiderstand. Wiederum kann man erkennen, dass für diesen ´Energie-Zuwachs´ im Zentrum keine externe Energie einzusetzen ist. Nur aus der geschickten Formgebung der Wand, rein passiv durch normale Reflektion, ergibt sich dieses selbst-organisierende System.
Gewendeltes Rohr
Die gegen die radiale Richtung angestellten Segmentflächen haben zweifelsfrei positive Wirkung und führen zur gewünschten Strömung mit Drall in Form eines Potentialwirbels. Nachteilig dagegen sind die S-förmigen Übergänge zwischen den Segmenten. An deren Oberflächen tritt natürlich auch Reflektion auf, die eine Querströmung gegen den Drall darstellt.
Die Reflektion ist nicht absolut schädlich, weil Drallströmung nicht nur kreisförmige Bewegung ist, sondern auch vorwärts gerichtete. Die Partikel treffen also durchaus in vorwärts gerichtetem Winkel auf die Übergänge. Andererseits würde dieser Winkel nochmals flacher, wenn das Rohr insgesamt gewendelt wird, wie schematisch in diesem Bild bei C dargestellt ist.
Aufgrund der angewinkelten Segmente ergibt sich in diesem Beispiel ein Drall im Uhrzeigersinn. Und in gleichem Drehsinn könnte das Rohr ´verdreht´ werden, so dass die Übergänge nicht parallel zur Längsachse verlaufen, sondern etwas diagonal dazu. Ob und mit welcher ´Steigung´ diese Wendelung notwendig oder optimal ist, hängt vom jeweiligen Einsatz dieser Rohre ab.
Vorteilhafte Drallströmung
In Bild 05.03.04 ist oben links der Querschnitt eines runden Rohres dargestellt, in welchem eine Drallströmung (wiederum rechtsdrehend) gegeben ist.
Das Fluid fließt darin im Kreis herum, innen frei und außen entlang der Wand. Überall aber wird es Bewegungskomponenten in Richtung Wand geben, beispielsweise in dem bei A dargestellten Winkel. Diese Bewegung wird reflektiert und ist insofern nicht schädlich, als sie immer wieder in Richtung des Dralls reflektiert wird.
Oben wurde (zurecht) unterstellt, dass diese Reflektionen nicht spiegelbildlich erfolgen, sondern die Partikel in steilerem Winkel zurück geworfen werden. Diese Situation ist jeweils bei B schematisch dargestellt. Das Ergebnis ist wiederum nicht negativ, sondern eher positiv. Es entsteht damit diese einwärts gerichtete Druck-Komponente, welche automatisch zur Ausbildung eines Potentialwirbels führt (wie oben geschildert). Aus diesem einfachen Bild ergeben sich also deutlich die Vorteile einer Drallströmung.
Leitflächen
Auch in runden Rohren kann ein Drall leicht hergestellt werden. Dazu müssen entlang der Wand nur vereinzelt Leitflächen installiert werden, wie bei C schematisch im Längsschnitt durch ein Rohr dargestellt. Diese Flächen ragen in das Rohr von außen hinein und sind etwas im gewünschten Drehsinn gekrümmt, wie rechts daneben skizziert.
Die Leitfläche hat eine Druckseite D, an welcher das Fluid in die Drehrichtung gedrückt wird. Dieser Prozess bedeutet natürlich Widerstand hinsichtlich der Vorwärtsbewegung. Die Rückseite E der Leitfläche ergibt einen Sogbereich, in welchen das Fluid im Drehsinn hinein fällt und damit voriger Verlust an Vorwärtsbewegung in etwa ausgeglichen wird.
Mit dieser Technik kann durchaus Drallströmung erzeugt werden und Schauberger demonstrierte dies mit großem Erfolg. Wenn diese Leitflächen nur vereinzelt eingesetzt werden, ist aber auf lange Strecke keine saubere Drallströmung gewährleistet. Als Alternative bietet sich an, nicht Drallströmung vom Rand her, sondern sofort den Kern einer Potentialdrallströmung zu organisieren.
Drall nur durch Sog
Man kann quer durch ein Rohr, von Wand zu Wand, einen strömungsgünstigen Körper einsetzen (wie im Längsschnitt bei F dargestellt) ohne Verlust an Durchsatz. Die freie Querschnittsfläche wird zwar reduziert, aber entsprechend schneller fließt das Fluid durch diese Engstelle (per Formel theoretisch rechenbar und praktisch vielfach belegt). Die Erklärung dieses Effekts bei strömungsgünstigen Körpern ist im vorigen Kapitel bei Bild 05.02.05 beschrieben.
Von außen nach innen sollte dieser zunächst symmetrische Körper seine Form ändern, wie bei G von oben nach unten skizziert ist. Die ´Nase´ wie das Ende des Körpers sollten zu einer Seite hin verlagert werden, so dass sich ein Tragflächenprofil ergibt. An deren Sogseite (hier jeweils oben) fällt das Fluid beschleunigt nach hinten-unten. Diese Strömung fließt weiter auch hinter der Kante und bildet nun auch einen Sog schneller Bewegung für Fluid an der Unterseite. Diese ´Druckseite der Tragfläche´ kann hinten nach unten weisen und dennoch wird das Fluid dort keinen Druck ausüben, eben weil vom obigen schnelleren Fluss in dessen Richtung ´gesaugt´.
Damit wird im Rohr eine Drallbewegung ausgelöst, wozu natürlich dieser Körper punktsymmetrisch zum Rohrmittelpunkt angelegt sein muss. Im Querschnitt (H) durch das Rohr (bzw. schematisch auch durch diesen Körper) ist gelb der Verlauf der Nase und schwarz der Verlauf des Endes markiert. Allerdings ist hier der Querschnitt dieser Tragfläche überhöht gezeichnet, real können die Blätter dieses ´Stator-Leitrads´ sehr viel schmaler ausgelegt sein.
Zwei Besonderheiten kennzeichnen diese prinzipielle Form: es wird im Rohrzentrum ein Potentialdrallwirbel erzeugt, der sich im weiteren Verlauf selbsttätig beschleunigt und womit das günstige Bewegungsmuster der Drallströmung sehr viel länger im Rohr erhalten wird. Zum andern wird diese teilweise Umlenkung der Strömung in Kreisbewegung ohne jeden Druck erzeugt, d.h. ohne Widerstand und Verzögerung der Vorwärtsbewegung. Durch das Fallen von Partikeln in die Sogbereiche ergibt sich vielmehr Beschleunigung der Strömung insgesamt.
Einsatz - freibleibend
Wer immer diese Vorschläge von Rund-Eck-Rohr oder Segment-Rohr oder Sog-Leitfläche einleuchtend findet und Bedarf hat, kann diese aufgreifen (während ich keinerlei Interesse daran habe). Mir kam es lediglich darauf an, dass man sich nicht mit bekannten Formeln und pauschalen Lehrsätzen zufrieden geben darf, sondern nach besseren Lösungen suchen muss. Wenn das Verhalten von Partikeln genauer betrachtet wird, ist die Ursache ´phänomenaler´ Effekte erkennbar und damit sind Wirkungen natürlich auch besser nutzbar.
Niemals handelt es sich bei diesen Prozessen um Energie-Umsetzung (mit der Problematik der Energie-Konstanz), sondern immer nur um gezielte Gleichrichtung von Bewegungen. Dazu ist kein Kraftaufwand erforderlich, Bewegungen sind immer in alle Richtungen gegeben, es muss nur eine Auswahl der aktuell zweckdienlichen getroffen werden. Das ist allein durch organisatorische Maßnahmen (in aller Regel die Formgebung einer Wand) zu bewerkstelligen, welche dann ´passiv´ wirken und größere Ordnung nicht erzwingen sondern nur zulassen.
Aber-Millionen Kilometer von Röhren sind weltweit installiert zum Transport von Fluiden (Erdöl, Erdgas, Wasser, Druckluft, diverse Flüssigkeiten und Gase). Die Reibung in konventionellen Leitungen kostet Unmengen an Energie - was durch obige Konstruktionen deutlich zu reduzieren wäre.
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