Abgelöste Strömungen Physikalische Grundlagen by Alfred Leder

By Alfred Leder

Auf vielen technischen Gebieten, insbesondere der Luft-und Raumfahrt, der Verkehrs und Schiffstechnik, aber auch der Energie- und Warmetechnik muss sich der Ingenieur sehr haufig mit dem physikalischen Phanomen der Stromungsablosung auseinander setzen. Als Folge der Ablosung entwickeln sich lokal stark dissipative, mit grossraumigen Wirbeln durchsetzte, turbulente Stromungsgebiete. Sie werden je nach ihrer Struktur und Grosse als Abloseblase, Totwasser oder Nachlauf bezeichnet. Diese lokalen Stro mungsgebiete haben einen grossen Einfluss auf das gesamte Stromungsfeld und konnen die Krafte-, die Energie-, aber auch die Warme- und Stoffubertragungsverhaltnisse an den bestromten Berandungen zum Teil dramatisch verandern. Sie konnen bekanntlich Ursa che u. a. fur eine starke Zunahme des Stromungswiderstandes an umstromten Korpern oder des Druckverlustes bei Innenstromungen sein oder zur Abnahme des Wirkungsgra des einer Stromungsmaschine fuhren. Die genaue Kenntnis dieser z. T. sehr komplexen Ablosephanomene, ihre Voraus bestimmung und die moglichen Massnahmen zu ihrer Vermeidung sind daher von grossem Interesse fur den planenden Ing

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In bei den Fällen erkennt man nach dem Strömungsabriß axialsymmetrische Instabilitätswellen. Mit wachsender Entfernung von der AbrißsteIle treten sie bei fortschreitender Aufrollung deutlich in Erscheinung, s. auch Farbtafel 2 im Anhang. Die Wellenlänge A liegt in der Größenordnung von 0,3D, wobei D der Basisdurchmesser der Modelle ist. 1) eine Strouhal-Zahl von Str ::: 3,0. Damit liegt die Frequenz der Eigeninstabilität der freien Scherschicht um mehr als eine Größenordnung oberhalb der in Nachläufen umströmter Körper auftretenden periQdischen Strömungsfeldbewegungen.

Der Vergleich der Druckverläufe dreier unterschiedlicher Anordnungen zeigt recht gute übereinstimmung: die Messungen im axialsymmetrischen Fall stammen von Weiser und Nitsche (1987). 10 4, s. 7. Der Leitungsdurchmesser erweitert sich an der Abrißstelle unstetig von d = 50 mm auf D = 80 mm. 10 5 ermittelt wurden. 6 Ablösungen bei Innenströmungen 25 Auch der Verlauf der normierten Wandschubspannung Cf gestaltet sich bei normierter Auftragung nahezu geometrieunabhängig. 6) 2·--P . U; cr ist proportional zur Wandschubspannung T w und stellt ein Maß für die von dem Fluid auf die Wandung übertragene Tangentialkraft dar, s.

1 Definitionen 33 oder "totes" Fluid, in ihnen treten in der Regel vielmehr turbulente Strömungsstrukturen auf, die mit der Außenströmung in Wechselwirkung treten. Das Wort "tot" bezieht sich auf den Sachverhalt, daß von der "gesunden" Hauptströmung sich ein Bereich mit erhöhter Energiedissipation abtrennt. - StrömungsablÖBung bei mitbewegter Wandung Die klassischen Vorstellungen versagen bei der Beschreibung von Ablösungen, die unter Mitwirkung bewegter Wände entstehen. In diesen Fällen sind Ablösestellen nicht an Wandungen fixiert, sie können auch im Strömungsfeld liegen, s.

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