[Zurück]

T. Siegmann-Hegerfeld, S. Albensoeder, H.C. Kuhlmann:
"Experimentelle Untersuchung zwei- und dreidimensionaler Strömungen im zweiseitig angetriebenen Rechteckbehälter";
Vortrag: 15. Fachtagung 2007 Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik, Rostock; 09.09.2007 - 11.09.2007; in: "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik 15. Fachtagung 2007", (2007), ISBN: 978-3-86009-007-7; S. 6.1 - 6.7.

Gegenstand der experimentellen Untersuchungen sind isotherme Strömungsinstabilitäten in geschlossenen Behältern. Aufgrund seiner einfachen Geometrie stellt der Rechteckbehälter ein sowohl numerisch als auch experimentell besonders attraktives System dar, um die Grundlagen der Dynamik von Wirbeln zu erforschen. Ziel der Untersuchungen ist ein besse-res physikalisches Verständnis der Instabilitätsmechanismen bis hin zum Übergang zur Turbulenz. Behälterströmungen sind für verschiedene technische Anwendungen von Bedeu-tung, zum Beispiel in der Trocknungs- oder der Beschichtungstechnologie. Außerdem findet das Thema als dreidimensionales Benchmark-System für numerische Berechnungen wachsende Bedeutung. Die Validierung numerischer Daten ist daher ebenfalls von Interesse.

Im untersuchten System wird die Strömung durch die tangentiale Bewegung zweier gegenüberliegender Wände angetrieben. Die bewegten Wände werden im experimentellen Aufbau durch Zylinder großer Radien realisiert. Von Interesse sind die primären Strömungsinstabilitäten für den einseitigen, den parallelen und den antiparallelen Antrieb. Sie werden unter Variation der Reynoldszahlen von -1200 bis 1200 für zwei Aspektverhältnisse Г = 1 und Г = 0.76 untersucht. Das Spanverhältnis ist mit Λ > 10 im Gegensatz zu vorherigen Untersu-chungen besonders groß. LDA und PIV Messungen werden zur Ermittlung quantitativer Daten durchgeführt. Außerdem werden qualitative Ergebnisse aus visuellen Untersuchungen gewonnen. In Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Wände und der Stärke des Antriebs werden quasi-zweidimensionale, sowie stationäre und zeitabhängige dreidimensionale Strömungsstrukturen realisiert und analysiert. Es werden sechs unterschiedliche Strö-mungsmuster (Moden) beobachtet. Die Strömungsstrukturen, die kritischen Parameter, Geschwindigkeitsprofile und die Bifurkation einer der Moden wurden ermittelt bzw. gemessen und mit vorhandenen numerischen Vorhersagen verglichen. Die Daten zeigen eine gute Übereinstimmung. Eine der Moden wird durch die vorliegenden Untersuchungen erstmals experimentell nachgewiesen. Es werden Änderungen der Wellenlängen mit zunehmendem Abstand von den kritischen Reynoldszahlen verzeichnet. Außerdem deuten Abweichungen zwischen numerischen und experimentellen Daten entgegen bisheriger Annahmen auf einen Einfluss der Wandkrümmung bei der experimentellen Realisierung hin.

Hydrodynamische Instabilitäten, Cavity, LDA