Experimentelle Untersuchungen zur Stabilitaet dreidimensionaler Grenzschichten

Kurzfassung

In einem grundlegenden Experiment wird versucht, den Uebergang laminar-turbulent in einer dreidimensionalen Grenzschicht detailliert zu beschreiben. Um die Moeglichkeit quantitativer Vergleiche mit der Theorie zu schaffen, wird eine Stroemung simuliert, die derjenigen, die den Stabilitaetsrechnungen zugrunde liegt, moeglichst nahe kommt. In der Grenzschicht bilden sich Instabilitaeten in Form von stationaeren Wirbeln und laufenden Wellen. Ihre Wellenlnge, Frequenz, Phasengeschwindigkeit und Ausbreitungsrichtung wird durch die lokale lineare Stabilitaetstheorie richtig vorausgesagt nicht aber ihre Entwicklung in Stroemungsrichtung. Es treten sowohl unter natuerlichen als auch unter kontrollierten (kuenstlich angeregte Stoerungen) Bedingungen sehr starke Abweichungen auf. Versuche bei variierten aeusseren Stoereinfluessen machen die starke Abhaengigkeit von den Anfangsbedingungen deutlich und lassen dabei erkennen, dass die Entwicklung der Querstroemungsinstabilitaet nur durch nichtlokale Theorien erfasst werden kann. Als bedeutsam fuer die Transition erweisen sich die Laengswirbel. Abhaengig von den Anfangsbedingungen erreichen sie Saettigungsamplituden zwischen 4,5% zbd 20%. Die groessten Reynoldszahlen fuer den endgueltigen Zusammenbruch der laminaren Stroemung werden nicht wie bei zweidimensionalen Grenzschichten fuer Tu - 0 erreicht sondern je nach Oberflaechenrauhigkeit bei etwas groesseren Turbulenzgraden.