Windweerstand

Windweerstand, ook wel aerodynamische weerstand of drag genoemd, is de kracht die de lucht op een voorwerp uitoefent wanneer het door de lucht beweegt en die beweging tegenwerkt. De weerstand werkt in de richting tegengesteld aan de beweging en neemt toe bij hogere snelheden.

De kracht wordt beschreven met Fd ≈ 0,5 ρ v^2 Cd A, waarbij ρ de luchtdichtheid, v de snelheid ten opzichte van de lucht, A de frontale oppervlakte en Cd de dragcoëfficiënt zijn. Cd hangt af van de vorm, de stand ten opzichte van de luchtstroom en de stromingscondities. Bij gestroomlijnde vormen ligt Cd vaak tussen 0,04 en 0,2, terwijl ruwe of vlakke vormen hoger kunnen liggen dan 1. De overige factoren zijn de hoogte en temperatuur (die de luchtdichtheid beïnvloeden) en de exacte oriëntatie van het voorwerp ten opzichte van de wind.

Factoren die windweerstand beïnvloeden zijn onder meer snelheid, luchtdichtheid, frontale oppervlakte en Cd. Bij lage Re-waardes is de stroming meestal laminarer; bij hogere snelheden kan stroomseparatie optreden, wat de wervels en de Cd verhoogt. Voor ontwerpers is het doel vaak een lage Cd en/of een bescheiden A te verkrijgen door gestroomlijnd ontwerp, gladde oppervlakken en juiste uitlijning.

Toepassingen en implicaties: in voertuigen en fietsen bepaalt windweerstand mee de energie- en brandstofefficiëntie; bij gebouwen en bruggen bepaalt windbelasting de structurele veiligheid; bij windturbines beïnvloedt drag de prestaties. Ontwerpers gebruiken windtunnels en Computational Fluid Dynamics (CFD) om Cd en Fd te evalueren en te optimaliseren. Metingen en simulaties worden vaak gecombineerd voor betrouwbare resultaten.