Stoßinduzierte Strömungsablösung in transitionellen Grenzschichten

Abstract

Die Auswirkungen von transitionellen Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkungen (SGWW) auf die induzierten Wärmelasten und den Verlauf des laminar-turbulenten Umschlags sind Thema dieser Arbeit. Experimentelle Untersuchungen wurden bei Mach 6 am Rohrwindkanal Göttingen an einer ebenen Platte durchgeführt. Die Strömungstopologie wurde mittels Schattenaufnahmen untersucht und die Wärmestromdichte über quantitative Infrarotthermographie bestimmt. Zusätzlich wurden die Druck- und Dichteschwankungen innerhalb der Grenzschicht mittels Drucksensoren bzw. fokussierter Laser-Differentialinterferometrie detektiert. Verschiedene Verfahren zur Quantifizierung des Transitionsfortschrittes wurden anhand der Messdaten verglichen und lieferten systematische Abweichungen in der Intermittenzverteilung. Die Abweichungen ließen sich anhand der experimentellen Implementierung erklären und liegen im Rahmen der Messgenauigkeit. Unter Verwendung eines zweidimensionalen einfallenden Stoßes wurde systematisch und unabhängig die Stoßauftreffposition (x_imp), die Stoßintensität sowie die Lage der natürlichen Transition variiert. Die Messungen zeigen einen systematischen Einfluss der variierten Parameter auf die räumliche Verteilung der Wärmestromdichte. Hierbei korreliert die maximale stoßinduzierte dimensionslose Wärmestromdichte St_max mit dem Transitionsende der Grenzschicht. Die Entfernung bis zum Transitionsende und derWert von St_max hängen maßgeblich von der Kombination aus Stoßintensität und dem Grenzschichtzustand bei x_imp ab. Durch eine Skalierung der relativen Lage der Stoßauftreffposition mit der Länge des ungestörten Transitionsgebietes ergibt sich eine einheitliche Verteilung der normierten St_max-Werte. Für die Normierung wird zum einen der Einfluss der Stoßintensität mit dem Skalierungsgesetz von Holden (1977) berücksichtigt und zum anderen ein aus der ungestörten St-Verteilung abgeleiteter Referenzwert verwendet. Die höchsten Wärmestromverstärkungen werden bei transitionellen SGWW beobachtet.