Der Strömungswiderstandskoeffizient, oder auch kurz cw-Wert (Cw-Wert) bezeichnet den Strömungswiderstand eines Körpers, wenn dieser von einem Fluid umströmt wird. Ein Fluid kann etwa Wasser sein, aber auch Luft, welche physikalisch gesehen auch zu den Fluiden zählt. Oft findet sich auch die Bezeichnung Widerstandsbeiwert für den cw-Wert. Dieser Wert wird kurz mit dem Formelzeichen Cw bezeichnet. Es handelt sich dabei um einen Koeffizienten, das heißt um ein dimensionsloses Maß. Der Strömungswiderstandskoeffizient entspricht gleichzeitig dem Druckverlustbeiwert eines durchströmten Körpers. Aus dem cw-Wert lässt sich unter Beachtung der Geschwindigkeit, der Dichte des Fluids und der Fläche des Körpers die Kraft des Strömungswiderstands berechnen.
folgend unser cw-Wert Rechner
Wie kann man den cw-Wert messen?
Normalerweise wird der cw-Wert in einem Windkanal ermittelt. Der Körper, für den die Berechnung angestellt werden soll, steht dabei auf einer Platte, welche mit Kraftsensoren ausgestattet ist. Der Wind agiert als Fluid. Gemessen wird dann die Kraft in Richtung der Anströmung. Es ergibt sich ein Wert, die Widerstandskraft Fw. Gemeinsam mit dieser und den bereits bekannten Größen (nämlich der Dichte des Fluids, Luftdichte) und der frontalen Fläche des Objekts sowie der Geschwindigkeit wird dann der cw-Wert errechnet.
Die folgende Formel wird zur Errechnung des Strömungswiderstandskoeffizienten genutzt: cw = Fw / qA ,= 2 F w / ? v ² A
Fw beschreibt dabei die experimentell ermittelte Widerstandskraft. A ist die Referenzfläche, ? beschreibt die Dichte des Objekts und v ist die Geschwindigkeit der (ungestörten) Anströmung. Die Referenzfläche ist dabei in der Regel die Stirnfläche des angeströmten Objekts. Ausnahmen ergeben sich hier zum Beispiel in der Aerodynamik von Flugzeugen, wo die Flügelfläche für A benutzt wird. Zu beachten ist, dass die Bezeichnung Cw (mit W für Widerstand) nur im deutschen Sprachgebrauch üblich ist. Im englischen Sprachraum wird der Wert mit cd beziehungsweise cx (Drag-Coefficient) bezeichnet.
Auch numerisch kann der Wert je nach Modellform des Objekts berechnet werden. Dies funktioniert über die Integration der Verteilung des Reibungs- und Druckbeiwertes über die Modelloberfläche.
Der cw-Wert in der Anwendung
Über den cw-Wert lässt sich zum Beispiel aussagen, wie aerodynamisch ein Fahrzeug ist. Der Luftwiderstand eines Autos macht indirekt Aussagen über den Verbrauch des Wagens. Auch wenn die Stirnfläche eines Fahrzeugs nur selten von den Herstellern angegeben wird, so gibt es doch einen Weg die Widerstandskraft zu berechnen, wenn man die Fläche herausfinden kann. Durch Multiplikation des cw-Wertes mit der Bezugsfläche A ergibt sich die Widerstandskraft.
Die dazugehörige Formel ist die Folgende: Fw = Cw * A
Fw als Widerstandskraft, Cw als cw-Wert und A als Stirnfläche des Fahrzeugs.
Ein moderner PKW hat einen cw-Wert von rund 0,3. Je niedriger der cw-Wert, desto aerodynamischer ist ein Fahrzeug. Damit verglichen sind etwa Formel-1-Autos gar nicht so windschnittig, wie man glaubt. Klassische Formel-1-Rennwagen haben einen Cw-Wert von ungefähr 1,2. Das liegt daran, dass diese Rennautos ihre Geschwindigkeit nicht dadurch erreichen, dass sie besonders aerodynamisch sind, sondern dadurch, dass sie durch ihren Aufbau und den umströmenden Wind fest auf den Boden gedrückt werden. Dies gibt ihnen die Möglichkeit extreme Geschwindigkeiten aufzubauen. Insbesondere in Kurven! Doch das kommt nicht ohne Preis, denn durch den Druck, der auf das Fahrzeug ausgeübt wird, kann bis zu einer Tonne bei Spitzengeschwindigkeiten an zusätzlichem Gewicht auf den Wagen wirken. Doch genau dieses Gewicht sorgt dafür, dass der Formel-1-Wagen nicht von der Strecke abhebt. Ein handelsüblicher Pkw würde bei solch hohen Geschwindigkeiten aufgrund seiner Bauweise leichter werden und von der Straße abheben.
Übrigens werden Motorräder, gemessen an ihrem cw-Wert, nicht als sonderlich wirtschaftlich angesehen. Auch wenn ihre schnittige Form dafür sprechen würde, doch viele weitere Faktoren spielen hier eine Rolle.
Welche Aussagen trifft der cw-Wert bei Autos?
Bei einem Pkw ist der Benzinverbrauch abhängig vom cw-Wert. Der Treibstoffverbrauch erhöht sich mit einem höheren Luftwiderstand. Je kleiner also der cw-Wert ist, desto weniger verbraucht ein Auto. Das bisher windschnittigste Auto kommt aus dem Hause VW und besitzt einen cw-Wertvon 0,189. Der Luftwiderstand, welcher den cw-Wert maßgeblich beeinflusst, ergibt sich aus der Stirnfläche des Fahrzeugs. Hätte ein Auto eine komplett ebene Fläche als Anströmfläche, dann würde sich ein cw-Wert von 1,0 ergeben.
Durch die Reduzierung der Fläche kann der cw-Wert verkleinert werden und damit letztlich auch der Benzinverbrauch. Ein Aerodynamiker kümmert sich darum, diese Fläche so effektiv wie möglich zu verkleinern und so einen niedrigen cw-Wert zu erreichen. Gleichzeitig reduzieren aerodynamische Fahrzeuge auch den CO2-Ausstoß und sie sind damit umweltfreundlicher. Eine weitere Möglichkeit, den cw-Wert positiv zu beeinflussen, ist die Tieferlegung eines Fahrzeugs. Andere Accessoires hingegen, etwa Spoiler am Wagen, erhöhen den cw-Wert wieder.
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