Reynolds-Zahl-Effekte bei der Umströmung stumpfer Körper

Kurzfassung

Im Hochdruckwindkanal des DLR in Göttingen wurden Experimente an 2-dimensionalen stumpfen Profilen für einen sehr großen Reynoldszahlbereich ( 5*1e4<Re<1e7 ) durchgeführt. In dem Vortrag werden drei typische Beispiele präsentiert, bei denen die Variation der Re-Zahl zu drastischen Änderungen in den Kraftbeiwerten und der Strouhalzahl führt. Die Effekte werden verursacht durch Änderungen der topologischen Struktur der abgelösten Strömung, was durch Ölanstrichbilder gezeigt wird. Die Kräfte wurden mit einer piezoelektrischen Waage gemessen, deren Vorzüge vor allem bei der Untersuchung instationärer Vorgänge offensichtlich werden. Das erste Beispiel betrifft die Kreiszylinderumströmung, bei der die Re-Zahleffekte am stärksten ausgeprägt sind. Besonders diskutiert werden die Übergangsphänomene im kritischen Bereich, die - verursacht durch den laminar/turbulenten Umschlag allgemeingültigen Charakter haben und in ähnlicher Form auch bei der Umströmung anderer Körper auftreten. Das zweite Beispiel ist die Umströmung eines sehr dicken 2D-Profils bei hohem Anstellwinkel ( 12° ). Das wichtigste Ergebnis besteht darin, daß mit steigender Re-Zahl ( Re>1e6 ) der stabile zweidimensionale Hochauftriebszustand instabil wird gegen einen Zustand, bei dem die Strömung abgelöst ist mit einer spannweitigen dreidimensionalen Struktur. Als drittes Beispiel dient ein Profil der Brücke über den „Großen Belt“, bei dem trotz seiner scharfen Kanten signifikante Re-Zahleffekte auftreten, was zumindest nach allgemein vorherrschender Meinung nicht zu erwarten war.