Experimente zu Querstroemungsinstabilitaeten

Abstract

Ein Charakteristikum dreidimensionaler Grenzschichtstroemungen sind gekruemmte Stromlinien. Sie fuehren zu Zentrifugalkraeften, die sich ausserhalb der Grenzschicht mit den Druckkraeften im Gleichgewicht befinden. Innerhalb der Grenzschicht geht dieses Gleichgewicht verloren und es bildet sich eine Ausgleichsstroemung quer zur reibungsfreien Stroemung. Die daraus resultierende Deformation der Grenzschichtprofile fuehrt unter gewissen Bedingungen zu einer dynamischen Instabilitaet, die bereits bei sehr kleinen Reynoldszahlen wirksam wird. Anders als bei der Tollmien-Schlichting Instabilitaet haengen die Instabilitaetsformen der 3-dim. Grenzschicht sehr stark von den Anfangsbedingungen ab. Bei Variationen aeusserer Stoerquellen, wie Restturbulenzen in der Anstroemung, Oberflaechenrauhigkeit und Schalleinstrahlung, wurden die jeweils entstehenden Transitionsprozesse untersucht. Als gefaehrlichste Stoerungen erwiesen sich Oberflaechenrauhigkeiten. Sie stimulieren die Ausbildung von Laengswirbeln, die wiederum zu einer Sekundaerentwicklung fuehren, die den laminar-turbulenten Uebergang beschleunigt. Geringe Restturbulenz in der Anstroemung beguenstigt diese Entwicklung durch groessere Restturbulenz wird sie gedaempft. Falls ein gewisser Schwellwert an Restturbulenz ueberschritten wird, dominieren instationaere Moden auch die lineare Entwicklung.