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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Art "5 I ~o lJx Abriß lJx Ablösung 2. 2: a) Geschwindigkeitsproflle, b) Druckverlauf und c) Stromlinien in Ablösegebieten. 1 Definitionen der Druckgradient an der Basiskante ßp/ &x < O. 35 Die Bedingungen für eine Strömungs- ablösung sind also nicht erfüllt. l der Körpergeometrie verläßt, soll "Strömungsabriß" genannt werden. Sowohl nach dem Abreißen als auch nach der Ablösung entstehen auf den Leeseiten umströmter stumpfer Körper Geschwindigkeitsprofile mit Rückströmanteilen. Da in beiden Fällen ähnliche Rezirkulationsströmungen zu beobachten sind, kann auch für das Gebiet nach einem Strömungsabriß die einheitliche Bezeichnung "Ablösegebiet" Verwendung finden.

Er erkannte, daß bei Re » 1 die Strömungsablösung von einer Wandung erst dann einsetzt, wenn zwei Voraussetzungen erfüllt sind. Dies gilt sowohl für kompressible wie inkompressible Strömungen: 30 • • 3 Definitionen und Klassifizierung von Strömungs ablösungen in Strömungsrichtung muß ein positiver Druckgradient in dem Fluid treten viskose Erscheinungen auf, {}PI &x vorhanden sein und die sich beispielsweise in der Ausbildung einer Grenzschicht äußern. Wenn eine der beiden Bedingungen nicht erfüllt ist, bleiben Strömungen entlang von Wandungen anliegend.

Das Gleichungssystem ist nicht mehr geschlossen. Zur Lösung des nichtlinearen Differentialgleichungssystems werden Informationen über die Turbulenzstruktur des Strömungsfeldes benötigt, die in Form sogenannter Turbulenzmodelle auf der Basis empirischer Beziehungen berücksichtigt werden. Die theoretische Behandlung geht an dieser Stelle in eine "halbempirische" Berechnung über. In der Veröffentlichung von Rodi (1980) findet man eine Zusammenstellung häufig benutzter Turbulenzmodelle, die unter verschiedenen physikalischen Gesichtspunkten entwickelt wurden.

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