spiraleTEIL D

OPTIMIERUNG


Ich möchte die variablen Parameter, die es zu optimieren gilt, in zwei Gruppen unterteilen - die Konstruktionsparameter und die Betriebsparameter.

Um die optimale Form des Rotationsmaschinenelements zu finden (ich sage hier bewußt nicht Rotationszylinder), kommen wir nicht umhin, Versuche und Experimente durchzuführen, wobei allerdings die Möglichkeit besteht, mit Simulationstechniken wie der Evolutionsstrategie zu arbeiten.

Es gibt allerdings schon einige Ausgangspunkte, von denen aus dieser Weg beschritten werden kann. So läßt sich bereits an einem kleinen Modell aufzeigen, wie positiv sich die Schwungscheibenmasse auf die Speicherung kinetischer Energie auswirkt - und damit auch auf die Steigerung der dynamischen Masse.

Die Konstruktionsparameter

1 - Masse


Die ,Ruhemasse' des Rotationszylinders sollte möglichst groß sein. Dem heutigen Stand der Technik entsprechend sind Schwungscheiben zur Steigerung der Ruhemasse am vorteilhaftesten. In Teil C steht unter ,Energiespeicherung' mehr über Schwungmassen-Technologien.

Die anteilige Wirkung der Masse auf das Verhalten des Gesamtsystems kann aber erst anhand variabler Versuchsmodelle und meßbarer Pilotanlagen bestimmt werden. Nichtsdestotrotz handelt es sich bei der Aussage ,möglichst schwer' um eine des ursprünglichen ,Innovators' des Synergetischen Modells, der diese auch wieder und wieder betont hat. Habe ich es mir nur eingebildet, oder war die rotierende Wasserwand in den Kleinmodellen tatsächlich auch dicker, wenn der Eimer eine schwerere Schwungscheibe hatte?! (204) 

2 - Maße


Hier ist neben der gewünschten bzw. erforderlichen Höhe auch ein entsprechend großer Durchmesser des Rotationszylinders zu berücksichtigen. Ein Grund hierfür ist die Tatsache, daß das Trägheitsmoment mit zunehmender Entfernung der Masse von der Drehachse ebenfalls zunimmt. Zugunsten eines optimalen Durchflusses ist außerdem ein Zufluß mit möglichst großem Durchmesser wichtig.

Die Minimaldrehzahl ergibt sich rechnerisch aus der Relation zwischen Höhe und Durchmesser des Rotationszylinders. Hohe und dünne Rohre würden also extrem hohe Drehzahlen erfordern - während breite und flache Schalen schon nach wenigen langsamen Drehungen überschwappen. Intuitiv gehe ich daher von ,ästhetischen Relationen' aus und stelle mir einen großen rotierenden Zylinder vor, stählern, oder auch aus Plexiglas... mächtiger als ein Gastank, aber nicht so gewaltig wie ein Kühlturm. Dazu paßt auch sehr gut, daß in der Hydroelektrik gerne mit Fallhöhen über 20 m gearbeitet wird. (205) 

3 - Form

Formenevolution der Rotationsmaschinenelements

Formen-Evolution


Auch hier werden vermutlich Versuch und Erfahrung das beste Resultat erbringen, es liegt aber nahe, die Form des Rotationsmaschinenelements entsprechend der topologischen Verformung des Wassers während der Rotation auszulegen. Prof. Trostel war der erste, der außerdem für einen winkelfreien, kelchförmigen und strömungsdynamischen Einfluß plädierte.

Ich bin mir ziemlich sicher, daß die optimale Form des Rotationsmaschinenelements die eines Rotationszylinders ist. Ein Indiz dafür ist die Tatsache, daß zumindest Schüttel-Strömungen schnell zum Erliegen kommen, wenn die Wandung zu glatt ist - oder wenn die Gefäßwände schräg sind! (206) 

Aber warum nicht auch mit anderen Formen experimentieren? Ich schlage daher vor, ausgehend vom Hohlzylinder diesen selbst sowie verschiedene Hohlkegelsegmente mit verschiedenen Winkelgraden miteinander zu kombinieren. Die Kombinationen mit den besten Ergebnissen können anschließend strömungsdynamisch weiter optimiert werden. In der Abbildung habe ich den Anfang einer derartigen Testreihe dargestellt. Nach den ersten realen Modellen kann diese über weite Strecken durch evolutionsstrategische Algorithmen simuliert werden.

4 - Material


Die Materialoptimierung hängt von der chemischen Zusammensetzung der Durchflußsubstanz ab (Meerwasser ist bekanntermaßen besonders aggressiv), von dem möglicherweise verstärkbaren und damit auch verstärkt nutzbaren thermischen Austausch zwischen Durchflußsubstanz und Material, sowie von der Oberflächenbeschaffenheit der Innenseite des Rotationszylinders. Sollten außerdem noch magnetische und/oder elektrische Felder eine Rolle spielen - und das tun sie ziemlich sicher -, dann wird das Herausfinden der passenden Legierungen sicherlich noch viel Spaß machen, obwohl ich mir genauso gut vorstellen kann, daß sich völlig passive Elemente als besonders sinnvoll erweisen. Die Materialoptimierung ist auf jeden Fall ein Bereich, der besonders viele Versuche erfordert.

Den Optimierungskriterien der Oberfläche werden wohl am ehesten Edelmetall-Legierungen und metallische Gläser entsprechen, denn neben der Korrosionsbeständigkeit gelten als wichtige Parameter auch die allgemeine Verschleißfestigkeit, die Härte und die Zähigkeit des Materials. Sicherlich gibt es noch viele weitere Alternativen... und möglicherweise sogar Felder, die die ,grobstoffliche' Materie völlig ersetzen.

Die Betriebsparameter


Diese beschränken sich auf die Steuerung von Rotationsgeschwindigkeit und Durchflußmenge. Während die Durchflußmenge im Sinne der Gesamtkapazität des Synergetischen Modells möglichst groß sein soll, sollte die Rotationsgeschwindigkeit dagegen möglichst niedrig liegen. Eine stabile Drehzahl läßt sich dabei durch das Antriebs-, Kontroll- und Bremssystem erreichen und aussteuern.

Wenn die oft postulierte Selbstverstärkung des Wirbels nun auch im Rotationszylinder geschieht, dann gewinnt damit auch die Aussage des ,Innovators' Al-Khooss neues Gewicht, "daß der Rotationskörper unbedingt mit Bremsen versehen werden muß." Denn eine zu hohe Drehzahl würde vermutlich (neben der Gefahr der Materialzerstörung) zu einem Zerreißen des Molekularverbandes des hinauffließenden Wassers führen und die Förderung damit beenden.

Andererseits bildet die Instabilität ein wesentliches Element synergetischer Prozesse: "Die Instabilität ist die Voraussetzung für Selbstorganisation. (...) Eben dies müßte man einbeziehen in so etwas wie technische Entwurfsprozesse." (207) 

Nun - genau daran sind wir hier ja am arbeiten...!

Einen weiteren Parameter bildet die Relation zwischen -h und +h innerhalb der geophysikalischen Koordinaten (s.o.), die entweder unveränderbar zu den Konstruktions-, oder veränderbar zu den Betriebsparametern gehören kann. Im letzteren Fall würde eine Hydraulik das System einige Dezimeter anheben oder absenken, um damit die Stärke des Druckes zu verändern, der sich durch das Zuflußwasser in das System hinein fortsetzt.


Das abschließende Kapitel dieses Teiles beschäftigt sich mit allgemeinen Überlegungen zu Anwendungen und Nebeneffekten des Synergetischen Modells.


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