Untersuchung der Strukturen von künstlich angeregten transitionellen Plattengrenzschichtströmungen mit Hilfe der Stereo und Multiplane Particle Image Velocimetry

Abstract

Stereoskopische und Multiplane PIV Messungen an künstlich angeregten transitionellen Plattengrenzschichtströmungen werden präsentiert. Die experimentellen Ergebnisse sind auf die späten Stadien der K- und Oblique-Typ Transition und auf die Substrukturen und die Entwicklung eines turbulenten Spots fokussiert, der durch eine pulsförmige Punktstörquelle erzeugt wurde. Momentane Geschwindigkeitsfelder wurden ausgewertet, um die lokale und globale Dynamik des turbulenten Zusammenbruchs der Transitionsstrukturen zu quantifizieren. Eine statistische Analyse der Meßergebnisse des Strömungsfeldes des turbulenten Spots wurde durchgeführt. Sie enthält die Berechnungen der Ensemblemittelwerte, rms-Felder, der Beschleunigungsfelder nach Galilei, der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (PDF) und Raum-Zeit-Korrelationen der Geschwindigkeitsschwankungen, der Reynoldschen Schubspannungen aller Quadranten und der y-Komponente der Vorticity. Die Ergebnisse dieser Analyse führen zu einem Modell, das die Interaktion der dominanten Substrukturen des Spots und den wandnormalen Austausch von Fluid beschreiben kann. Die dominanten Substrukturen wurden als relativ geordnete hairpin-artige Wirbel und wandnahe streaks identifiziert. Das Modell ermöglicht einen Ansatz zur Erklärung des Spotwachstums in Spannweiten- und Strömungsrichtung und seiner selbstähnlichen Pfeilspitzenform.