Onderwerp: verdeling windsnelheid over masthoogte

In SPD heb ik net de mogelijkheid ingebouwd om luchtdruk en luchttemperatuur in te stellen.
Dit na enig overleg met de bouwers van het VPP.
Het VPP en dus de Polar gaat uit van een gemiddelde luchtdruk en luchttemperatuur (1013 hPa en 20 C)

Daarbij hoort een bepaalde massa lucht per m3, de dichtheid. 1,204647346 kg/m3

En die dichtheid kan flink verschillen met druk en temp.
Bij heel koud weer (0 C) en hoge druk (1030) zit er flink meer luchtmassa in een m3 lucht dan bij warme weer met lage druk (zeg 30 graden en 960 hPa).
En dat merk je: het verschil in massa is wel bijna 20% tussen deze 2 situaties.
Al die extra moleculen bij kou en hoge druk geven extra kracht in het zeil.
En dus zou je harder moeten gaan en een hogere performance moeten varen.

Dat zit dus nu in SPD.

Maar een andere variabele in de wind is lastiger.
Boven waait het harder, over dek altijd wat minder.
Een Polar (en het VPP) rekent met wind op 10 meter hoog, en SPD berekent die 10m-wind door te corrigeren voor masthoogte en voor helling. So far so good.

Er is echter een verschil in die windgradiënt (masttop naar dek) bij verschillende omstandigheden.
Bij vlagerig weer (onstabiele lucht) zal het verschil tussen boven en beneden kleiner zijn dan bij een zeer steady netjes stabiel gelaagde wind. Dan waait het beneden nog minder dan bij vlagerige wind.

Volgens de VPP-heren houden professionele zeilers daar rekening mee bij het vaststellen van de performance. Ze passen de verwachte performance aan aan het type wind.

Iemand een idee over hoe de wind zich over de masthoogte gedraagt onder die verschillende omstandigheden (heel steady versus heel vlagerig) ?

Een tweede windmeter op de hekstoel plaatsen?

Nu nog een regenmeter want regen zal ook wel massa aan de lucht toevoegen.
Maar serieus, de lucht drukt natuurlijk niet als gewicht op een zeil, maar het is de stroming van de lucht die de kracht opwekt. Hoeveel procent meer kracht levert 20% zwaardere lucht?

Regen geeft waterloading
Geeft extra harde vlagen omdat de regen lucht mee naar beneden neemt.

De VPP heren benaderen het als volgt:
- massaverschil uitrekenen in procent lichter of zwaarder
- daar de wortel uit trekken, 2e macht
- en dat getal gebruiken als percentage om de TWS mee aan te passen.

Zo zit het nu in SPD. Die aangepaste TWS alleen voor performanceberekening.

Aswin schreef :
In alle aerodynamische berekeningen zoals lift en drag komt de term rho * v2 voor. Winddruk dus kwadratisch met snelheid en lineair met de dichtheid. 20% meer massaflow langs het zeil geeft dus 20% meer lift en drag. Dat betekent uiteraard niet dat je 20% sneller zou moeten gaan …

Nachtvlinder schreef :
Op mijn bootje zit geen meetapparatuur voor wind. Vorige week nog gezeild en weer de ervaring die ik ieder herfst heb, bootsnelheid (log heb ik wel) is net wat hoger dan dat ik verwacht op grond van hoe de wind voelt en hoe de golven er uit zien.
Iedere herfst geniet ik van het "zeilen in de dikkere lucht".

keeszeiler schreef :
Ja, het is echt goed merkbaar.
En daarom zit het nu in SPD.

Maar de kouder wordende water temperatuur zal vast ook invloed hebben……

HenkT schreef :
Niet echt. Water wordt nauwelijks dichter bij afkoeling. Pas bij nul graden wordt het anders

Zoet of zout scheelt wel, maar de invloed daarvan is veel kleiner dan die van lucht density.
Zo zeggen ook de heren van het VPP.

Een serie tell tales aan de verstaging? Het veranderende hoek van boven naar beneden zou iets zeggen over de windsterkte? of is er dan teveel interactie met richting door luchtstroom veranderingen in de zeilen denk je?

Bas van Dijk schreef :
We zullen het moeten onderzoeken inderdaad

Voorlopig maak ik in SPD een instelling voor Wind Gusts Y of N
Als die op Y staat doe ik 3% op de TWS erbij. Zuinig beginnen

Door die goed doorgemengde vlagende luchtlagen zal er inderdaad beneden ietsje meer wind zijn dan bij een strakke keurig gelaagde stroming. Maar er zal ook meer variatie in richting (TWA) en sterkte zijn.
Ik schat in dat het een erg beperkt effect is.

Bas van Dijk schreef :
Leuk idee!
De metingen hoeven niet noodzakelijk te worden gedaan met gehesen zeilen, lijkt mij. Op een vaste koers rustig op de motor varen lijkt mij ook werkbaar. De snelheid van de boot kan dan ook stabieler zijn. Het meten van de hoeken is ook nog wel een dingetje. Fotograferen (zoveel mogelijk telltales tegelijk in beeld) is misschien de beste optie en dan meten op de foto. En misschien een val gebruiken inplaats van een stag. Hoef je niet de mast in

Windsnelheids-verschil verschilt nogal met de omstandigheden. Neem bijvoorbeeld de golven: lange oceaan deining heeft een heel ander effect op de weerstand die de lucht ondervind dan bijvoorbeeld een choppy ijsselmeer op een winderige middag. Een wind die al een poosje doorstaat heeft en heel ander golf patroon dan wind die net begint en stroom tegenwind is nog weer heel anders. Dit heeft effect op de windgradient in de onderste 10m. Daarnaast word langzaam bewegende lucht sneller opgewarmd/afgekoeld door de water temperatuur dan lucht wat sneller beweegt, langzaam bewegende lucht mixed minder goed dan snel bewegende lucht. Je hebt dus bij weinig wind regelmatig ook een groter temperatuursverschil tussen boven en beneden.

Windparken hebben vaak meetmasten, en vaak ook al voordat het park gebouwd wordt. Die palen hebben vertikaal op regelmatige afstanden een windmeter.
Geen idee of er aan data te komen is.

Vanuit de engineering gebruiken we wel windprofielen over de hoogte. Deze zijn over het algemeen logaritmisch.

Als je je er in verdiepen wilt kun je eens een google wagen op de volgende norm: DNVGL-RP-C205. Een oudere versie is vaak wel te downloaden.

Hoofdstuk 2.3 is geheel gewijd aan het modelleren van wind onder verschillende omstandigheden (hoge golven, vlak water, developing seas etc.)

Erikdejong schreef :
Zeker. En er zijn zoveel verschillende mogelijkheden dat er niet met alles rekening te houden is.
Ik wil het simpel houden. Strakke, rustige wind met een groter verschil tussen boven en beneden, en vlagerige wind die alle lagen mengt en beneden dus wat sterker zal zijn.

@Erik, heb jeeen gevoel voor hoeveel het uitmaakt?
Dikke koude lucht of dunne warme lucht geeft wel een merkbaar verschil, maar vlagen/geen vlagen?

Pietdb schreef :
Dank, ga ik zeker naar op zoek.
Onze mastjes zijn natuurlijk max 20 meter, wel een flink verschil met windmolens.

Maar ik heb al eerder erg nuttige info gevonden over windmolens, zoals het effect van schuin aanstromen van een windmeter. Molen op een helling, net zoiets als een mast met helling
In SPD maak ik er dankbaar gebruik van om AWA en AWS (en dus TWA en TWS) te corrigeren voor helling.