Das Lee eines talwindumspülten Bartes

[MURMEL]

Ich würde die Richtung des Fadens gerne etwas verändern. Wie sieht eigentlich der Verlauf einer Thermikblase aus. Hier einmal eine kontinuierliche Warmluftquelle, Kraftwerk Weißweiler. Windprofil ist beigefügt. Was man sieht, ist, dass der Schlauch schon ziemlich schräg steht. Das Windprofil ist aber gar nicht so dramatisch zunehmend.
Heisst das jetzt, dass der Thermikschlauch doch ganz schön lange braucht, bis er die gleiche Geschwindigkeit hat wie der horizontale Wind ?

Und wie würde es aussehen bei einer abgelösten Thermik.
Jemand eine Idee ? Die Frage, die sich ja in der Praxis stellt ist, wie fliege ich am sinnvollsten eine Cumuluswolke an, wenn ich tiefer komme. Stark nach Luv versetzt, wie jetzt in Weissweiler nötig wäre ?

[MURMEL]

Noch ein Bild mit zwei Kraftwerken und wie der Verlauf eines Thermikschlauches vom DWD gezeichnet wird .

[PeacefulFlying]

Ja genau Weisweiler hatte ich ja bereits aus eigener fliegerischer Erfahrung weiter oben als Praxisbeispiel hergenommen;
nämlich , dass, wenn man knapp "dahinter" an diesen Wolken fliegt, gar keine spürbaren Lee-Effekte auftreten...

Zu Deiner Beobachtung oben, was ist da los?

Wie gesagt, wenn wir - wie hier und wie ich im "Talwind außerhalb der Grenzschichteffekts" ebenfalls annahm oben - kaum Windzunahme mit der Höhe haben (kein signifikanter Windgradient also), dann haben wir -die Horizontalgeschwindigkeit der Wolke betreffend- auch keine Geschwindigkeitsdifferenzen beim weiteren Aufsteigen.
Das wiederum bedeute (auf horizontale Bewegungsrichtung bezogen):
keine Beschleunigung/ kein Impulsaustausch (kein Molekül-"Stoß")/ kein Hinderniseffekt/ keine Lee-Effekte.

Man sieht also insgesamt einfach ein kräftefreies (horizontales) Mittreiben der Wolke im Wind plus eine langsam abnehmende Aufstiegskomponente.

Aufgrund des letzten Teilsatzes erklärt sich auch dann die zu beobachtenden "Abflachung der Wolkentrajektorie":

Horizontalgeschwindigkeit unverändert, Vertikalgeschwindigkeit nimmt im zeitlichen Verlauf ab.

So in der Art wird sich das auch beim (bis Kondensationsniveau zunächst unsichtbaren) Thermikschlauch verhalten denke ich mal...

Für Luv-/Lee-Effekte - da müsste m.E. ein signifikanter Windgradient vorliegen und am besten noch starke vertikale Luftbewegungen...zb mächtige Cumuli "congestus" , die in Regionen starker Höhenwindzunahme hochjagen- das wiederum könnte hinleiten gedanklich auf die offenbar in solchen Fällen auftretende Wellenanregung der Luft ...mit ggf Aufwinden auch vor dem Thermikschlauch/Wolke.

[PeacefulFlying]

Noch ein Bild mit zwei Kraftwerken und wie der Verlauf eines Thermikschlauches vom DWD gezeichnet wird .

Zur Zeichnung DWD:

Das ist meiner Meinung nach dort nur der "unterste Teil" des Thermikschlauchs...nach oben hin müsste die Zeichnung wiederum so abgeflacht dargestellt werden, wie due Wolken von Weisweiler, hier in etwa was ich sagen will skizziert:

[MURMEL]

Danke für deine Erläuterung. Eigentlich passt auch die Neigung des Thermikschlauches ziemlich genau für heute. 17 km/h Wind im Mittel sind knapp 5 m/sek horizontal. Ich bin mit dem Segelflugzeug oft in Weissweiler gekurbelt. Mit 4 bis 5 m/sek geht es da bei fast jeder Wetterlage vertikal, und hier muss ich ja das metereologische Steigen nehmen. Und dann kommt auch die Steigung der aufsteigenden Linie mit um die 45 ° gut hin. Ich kann bei Gelegenheit mal bei weniger Wind Fotos machen. (Oh Flügli, wie fühlst du dich )

[flügli93]

(Oh Flügli, wie fühlst du dich )

Danke der Nachfrage. Ganz gut soweit, hatte ein schönes Wochenende

Zumindest ist dieser Faden doch ein gutes Beispiel dafür, dass auch etwas ausartende Diskussionen hier noch nach 16 Seiten trotzdem konstruktiv geführt werden können.

[Willi Wombat]

Ich will keineswegs bestreiten, dass bei einem gradientenfreien Wind die aufsteigende Thermikblase nach einiger Zeit fast die Windgeschwindigkeit erreicht hat und es damit keine Umströmung mehr gibt. Wie könnte es auch anders sein?
Das sind diese himmlischen Tage, an denen die Bärte leicht zu zentrieren sind und wenig turbulent.

An vielen realen XC-Tagen ist der Windgradient mit der Höhe sehr beträchtlich und nur diese Situationen muss man betrachten, wenn man dem hin und wieder auftretenden Turbulenz-Phänomen auf die Spur kommen will.
Nicht nur vom Boden weg sondern auch zwischen verschiedenen Luftschichten.

Dass sich eine große Thermik real innerhalb 15m auf Delta v= 20 km/h beschleunigen ließe glaube ich nicht.
Die betrachteten Thermiken, bei denen die strittigen Effekte spürbar sein sollten sind wie oben schon mal vorgerechnet z.B. min. 100m im Durchmesser und wiegen tausend Tonnen.
Das ist auch deutlich massiver als eine Kühlturmthermik und eine ganz andere Hausnummer.

Um so ein obengenannte Luftpaket gemütlich innerhalb einer Minute auf 20 km/h zu beschleunigen müssen 250 KW Leistung aufgewendet werden. So viel wie ein ordentlicher Sportwagen bei Vollgas und das auf etwa 8 x 8 Schirmspannweiten verteilt. Und das soll alles ohne merkliche Wechselwirkung passieren?

[sphinx]

Also so ein Windrad mit 100m Durchmesser erzeugt 2-5 MegaWatt Leistung. Da ist schon viel Energie in Bewegung.

[flügli93]

Lieber Willi Wombat
du stellst dir eine Thermik wie eine starre, mit eigenem Antrieb ausgestattete Rakete vor die (fast) unbeeindruckt von allem empor steigt.

Stell dir stattdessen einen riesigen, gigantischen Zeppelin oder Heißluftballon vor (ohne Antrieb). Sobald die Leinen los sind, driftet er binnen Sekunden mit Windgeschwindigkeit davon. Wenn du das nicht glaubst, frag doch mal in einem HB-Forum nach, wie lange es dauert bist sich ein HB an Windgeschwindigkeit anpasst.
Ich fuhr schon 2 mal mit einem HB mit und Windscherungen merkt man im Ballon nur durch ein kurzes Rütteln und schon fährt der Ballon mit der neuen Wind-v davon.
Der muss nicht lange beschleunigen. Außerdem hat Thermik keine Leinen die sie irgendwo festhält.

Gerade (!!!) im Talwind - und das war auch der Ausgangspunkt dieser Diskussion - fließt die Thermik bereits am Boden entlang bevor sie sich ablöst und aufsteigt. Wie schnell? Ja ziemlich genau mit Talwindgeschwindigkeit natürlich
Es ist ja nur Luft, die hat keine Arme und Beine oder Leinen, dass sie sich irgendwo festhalten könnte. Wenn sich ein Kornfeld ggü seinen grünen Wiesennachbarn stärker erhitzt, dann weht trotzdem der Talwind über dieses Feld und nimmt alles mit, was nicht niet und nagelfest ist.
Thermik wabbert bei einem 20er Talwind ja nicht über einem Feld rum und versucht dann gerade aufzusteigen.
(ich weiß natürlich, dass es Reibungseffekte gibt, die es ganz generell beim Landen bei Wind zu beachten gibt, Stichwort: Durchsacken, durch Windabnahme in Bodennähe, aber nur Abnahme und nicht Windstille.)

Bitte, das ist nur ein Konstrukt, das du dir so vorstellst. Wenn das so wäre, dann könnten wir im Sommer durch kein einziges Tal fliegen, da es vor Turbulenzen 25er Talwind, und windstillen Thermikbubbles gerade so wimmeln würde. Aber das ist es nicht. Es bewegt sich die gesamte Luftmasse im Tal - genau - mit Talwindgewschindigkeit. Mit was den sonst?? Egal ob Auf- oder Abwinde und alles dazwischen.

[Willi Wombat]

Lieber Willi Wombatdu stellst dir eine Thermik wie eine starre, mit eigenem Antrieb ausgestattete Rakete vor die (fast) unbeeindruckt von allem empor steigt.

Nicht ganz getroffen ;-)
Man muss sich nicht viel Vorstellen, man kann einfach ausrechnen wie viel Leistung, Zeit und Weg es braucht um 1000 Tonnen zu beschleunigen. Sekunden führen da sehr schnell zu unplausiblen Ergebnissen. Vorher 1000 to ruhend, hinterher 1000 to bewegt. Dazu stehen die Gesetze in jeder Realschul-Formelsammlung drin.

Du hast sicher auch schon mal ganz unmittelbar gefühlt, welche Kraft auftritt, wenn es einen 80 Kg Piloten am Schirm in einer Boe über die Wiese zerrt. Das ist im Wesentlichen der Gegenimpuls der abgebremsten Luftmasse von vielleicht 100 m3. oder 130 Kg.

Deine Argumentation im Talwind sticht nicht. Wenn es da überhaupt Thermik gibt, dann passiert es so wie Du sagst und es passiert nicht viel, aber das ist nicht der interessante Fall.
Interessant sind die Fälle, wo der Wind eben stark ungleichmäßig strömt oder die Thermik aus einem windstillen Schutzraum wie etwa einer Waldlichtung rausploppt.
Ein instationärer Zustand eben in dem die Gesetze der beschleunigten Masse gelten. Ich sehe auch nicht, warum die Grundfesten der Mechanik hier ausgehoben werden könnten.

[flügli93]

Dann wird's schon so sein
Wenn du dir das so vorstellen magst, dann lass ich dir gerne deine Vorstellung.

[MURMEL]

Was mich hier noch nicht losläßt ist folgende Vorstellung :
Klar ist, dass die Thermikblase eine große Masse darstellt (das gilt auch für die Kühturmthermik, die schon einen erheblichen Durchmesser ausweist, sodass sie ja auch gut mit dem Segelflugzeug ausnutzbar ist), die beschleunigt werden will. Aber dem steht doch eine nahezu unendliche Energie mit einer Riesenmasse des Luftpaketes des überregionalen Windes zur Verfügung . Ich kann das nicht rechnen (auch wenn es Realschulphysik sein soll). Aber ich kann mir mittlerweile gut vorstellen, dass die Thermikblase schon recht zügig beschleunigt wird.
Wer rechnet mir das denn mal vor. Bitte.

Vielen Dank

[Idefix]

.. ich kann mir mittlerweile gut vorstellen, dass die Thermikblase schon recht zügig beschleunigt wird.
Wer rechnet mir das denn mal vor...

Ich glaube Michael Buck.
Verstanden habe ich es leider nicht.
u*du/dx = Seitenwind auf die Thermikblase???

...Mathematisch wird das durch den Impulssatz der Strömungsmechanik beschrieben, für die Horizontalkomponente u gilt:

du/dt + u*du/dx +v*du/dy = -1/rho*dp/dx + g

Der Term v*du/dy beschreibt den oben erwähnten Effekt des Mitbringens einer anderen Geschwindigkeit aus einer anderen Höhe.

Ich glaube, anschaulich sagt die Formel dies:

Wolken bilden dann ein Hindernis gegen den Wind, wenn ihre Horizontalgeschwindigkeit geringer ist als die des Windes.
Dazu kommt es, wenn die Windgeschwindigkeit einen Gradienten in der Höhe hat, in der Regel also mit zunehmender Höhe ansteigt.

Aufsteigende Luftmassen setzen infolge ihrer hohen Masse einer Geschwindigkeitsänderung eine Trägheitskraft entgegen. Die bewirkt, daß sie wie ein Hindernis wirken und vom Wind umspült werden.
Dabei gleichen sich die Horizontalgeschwindigkeiten allmählich an.

Mögliche Aufwinde an der Luvseite der Wolke sind somit proportional sowohl zum vertikalen Windgradienten als auch zur Steiggeschwindigkeit der Wolke. ...

Und als Abschätzung:

... Da die Luftkräfte, welche die Wolke in horizontaler Richtung beschleunigen etwa mit der auf die Windrichtung projizierten Fläche der Wolke wachsen,
die Trägheitskraft jedoch mit dem Volumen,
sollte der Effekt besonders stark sein bei großen Wolken, die noch dazu hohe Steiggeschwindigkeiten haben und hoch reichen (in großer Höhe ist der Windgradient oftmals sehr stark).

Das entspricht der häufigen Beobachtung von Eiskappen bei rasch wachsenden jungen Cb.
Beste Grüße
Konrad

[Michael Buck]

Weil ich gerade wegen einer Erkältung sowieso zu nichts Sinnvollerem komme, habe ich mal einen einfachen Ansatz zur Abschätzung der Horizontalgeschwindigkeit in einem windversetzten Bart zusammengeschrieben. Die Annahmen sind natürlich stark vereinfachend, aber, wie ich glaube, nicht total an der Wirklichkeit vorbei.

Mit der Formel

aus der angehängten Word-Datei erhält man z.B. für einen Thermikschlauch mit 100 m Durchmesser bei einer Umgebungsgeschwindigkeit von 30 km/h und einer Steigrate von 4 m/s und der Annahme eines Widerstandsbeiwerts von 0.35 für einen quer angeströmten langen Zylinder bei hohen Reynoldszahlen (Re > 500000) den folgenden Verlauf über der Höhe

[Willi Wombat]

Heisst also, es dauert laut Diagramm z.B. 50 Sekunden (4m/s), bis die Thermik 200m Höhe und 15 km/h Geschwindigkeit erreicht hat?
Damit ist mein Hüftschuss von 60s und 160m auf 20 km/h gar nicht so schlecht gewesen. Also nix mit wenigen Sekunden.

Was Konrad Lüders 2006 geschrieben hat ist schön formuliert.
Danke Idefix für die Mühe des Raussuchens.