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1992 | Buch

Abgelöste Strömungen Physikalische Grundlagen

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einleitende Bemerkungen
Zusammenfassung
Reale Fluide wie Wasser oder Luft sind in der Lage, mittels eines molekularen Impulsaustausch-Vorgangs Tangentialkräfte zu übertragen. Die viskosen Eigenschaften treten insbesondere bei der Umströmung von Körpern oder bei der Durchströmung von Kanälen markant in Erscheinung: in Wandungsnähe bildet sich eine Grenzschichtströmung aus. Unter gewissen physikalischen Randbedingungen, z.B. einem in Strömungsrichtung ansteigenden Druck, löst die Grenzschicht von der Wandung ab. In Bereichen mit Strömungsablösungen ändern sich in der Regel die Geschwindigkeit, der Druck und die Temperatur gegenüber den Gebieten mit anliegender Strömung drastisch. Ablösungen verursachen in diesen Fällen einschneidende Veränderungen in dem Betriebsverhalten technischer Anlagen.
Alfred Leder
2. Phänomenologische Erscheinungen bei Strömungsablösungen
Zusammenfassung
Die bei Ablösevorgängen entstehenden Strömungsstrukturen hängen entscheidend von den jeweiligen Randbedingungen ab. Die Randbedingungen ergeben sich aus den geometrischen Anordnungen und den strömungsphysikalischen Parametern, wie beispielsweise der Reynolds-Zahl, der Mach-Zahl und dem Turbulenzgrad der Anströmung. Es ist offensichtlich, daß durch die große Bandbreite möglicher geometrischer Anordnungen und die vielfältigen Parameterkombinationen sehr unterschiedliche Ablöseerscheinungen auftreten können.
Alfred Leder
3. Definitionen und Klassifizierung von Strömungsablösungen
Zusammenfassung
Die voranstehenden Beispiele vermittelten einen Einblick in die Vielfalt der Erscheinungsformen und Auswirkungen von Strömungen mit Ablösungen. Es bildeten sich Strömungsstrukturen aus, die mit zwei, teilweise auch mit drei Raumkoordinaten zu beschreiben sind. Insbesondere in der Mittelebene von Automobilen, bei Tragflächen und Bauwerken großer Erstreckung, bei speziellen meteorologischen Vorgängen und bei Innenströmungen entstehen näherungsweise zweidimensionale Wirbelanordnungen.
Alfred Leder
4. Theoretische Grundlagen
Zusammenfassung
In der Ingenieurpraxis sind Berechnungsverfahren zur Lösung technischer Aufgabenstellungen unentbehrlich. Grundsätzlich lassen sich bei numerischen Behandlungen strömungsmechanischer Problemstellungen zwei Vorgehensweisen unterscheiden:
a) die direkte numerische Simulation und
 
b) die Lösung vereinfachter Grundgleichungen.
 
Alfred Leder
5. Experimentelle Techniken
Zusammenfassung
Das voranstellende Kapitel verdeutlicht, daß die Anwendung meßtechnischer Methoden unerläßlich ist, um tiefere Einblicke in strömungsphysikalische Zusammenhänge zu erhalten.
Alfred Leder
6. Strömungsstrukturen in Ablösegebieten
Zusammenfassung
Totwasserströmungen technischer Anwendungsfälle besitzen in der Regel einen turbulenten Charakter. Ähnlich wie die laminaren Fluidbewegungen unterliegen auch die turbulenten Vorgänge in ihrer Gesamtheit quantifizierbaren Ordnungsprinzipien, die sich in Form charakteristischer Strömungsstrukturen und darüber hinaus in systematischen Verhaltensweisen der Ablösegebiete äußern.
Alfred Leder
7. Einflußparameter abgelöster Strömungen
Zusammenfassung
Die geometrischen Abmessungen der in Kapitel 6 dargestellten Totwasserstrukturen besitzen eine große Bandbreite. So kann sich beispielsweise die mit der Körperabmessung normierte Längenausdehnung um eine Größenordnung ändern. Die Variation hängt von den jeweils geltenden Randbedingungen für das Strömungsfeld ab.
Alfred Leder
8. Erfassung periodischer und stochastischer Strömungsanteile
Zusammenfassung
Die Betrachtungen in den Kapiteln 6 und 7 beziehen sich auf zeitlich gemittelte Strukturen der Ablösegebiete. Bei der Darstellung phänomenologischer Erscheinungsformen in Kapitel 2 kommt zum Ausdruck, daß Strömungsablösungen häufig von instationären Strömungsbewegungen begleitet sind, die u.a. zu starken dynamischen Beanspruchungen der umströmten Anordnungen führen. Hierdurch können gravierende Schäden an mechanischen Strukturen entstehen.
Alfred Leder
9. Dynamische Vorgänge bei der Ablösung zweiter Art
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden zeitabhängige Strömungsvorgänge in Ablösegebieten ausführlich erörtert. Um einen weitgehend vollständigen Überblick zu erhalten und um bei den anschließenden Auswertungen auch Differentiationen im Strömungsfeld ausführen zu können, ist es angebracht, die phasengekoppelten LDA-Untersuchungen auf einem dichten Meßpunktraster auszuführen. Da hierbei sehr große Datenmengen anfallen, allein im Fall des Plattenmodells basieren die verschiedenen Auswertungen auf mehr als fünf Millionen Meßdaten, sind rechnergestützte Analysen unumgänglich.
Alfred Leder
10. Ausblick und künftige Anwendungen
Zusammenfassung
Die voranstehenden Kapitel belegen, daß in abgelösten Strömungen systematische Gesetzmäßigkeiten auftreten. Bei der Ausbildung charakteristischer Strömungs- und Turbulenzstrukturen kommt den Sattelpunkten eine zentrale Bedeutung zu. Nach den Ausführungen des Kapitels 9 gehen sie auf Wechselwirkungen innerhalb der Scherschichtströmungen zurück. Da dynamische Strömungsvorgänge die Turbulenzstrukturen der Ablösegebiete beeinflussen, wirkt insbesondere der Entwicklungsprozeß für die Sattelpunkte unmittelbar auf dissipative Vorgänge innerhalb der Totwasser- und Nachlaufbereiche ein.
Alfred Leder
11. Anhang
Zusammenfassung
Im Anhang sind vier Farbtafeln angefügt. Sie illustrieren charakteristische Strömungsvorgänge in zwei- und dreidimensionalen Ablösegebieten. Die Visualisierungen erfolgen mit Hilfe der Nebeldraht-Technik.
Alfred Leder
Backmatter
Metadaten
Titel
Abgelöste Strömungen Physikalische Grundlagen
verfasst von
Dr.-Ing. Alfred Leder
Copyright-Jahr
1992
Verlag
Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN
978-3-322-91109-4
Print ISBN
978-3-528-06436-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-322-91109-4