Ortsaufgelöste Geschwindigkeitsmessungen in einer turbulenten Grenzschicht

Abstract

Um detaillierte Informationen über kohärente Strukturen in Plattengrenzschichten zu erhalten wurden mit der Particle Image Velocimetry instationäre Geschwindigkeitsfelder gemessen und analysiert. Die Experimente wurden in zwei Windkanaelen mit unterschiedlichen PIV Systemen durchgeführt. Während die wandnormale Schnittebene der Grenzschicht mit einer konventionellen PIV Apparatur untersucht wurde, konnte für die Experimente in den wandparallelen Ebenen ein digitales Stereosystem eingesetzt werden, mit dem sich alle drei Geschwindigkeitskomponenten bestimmen ließen.Im Rahmen der Meßgenauigkeit stimmen die statistischen Eigenschaften der untersuchten Grenzschichten mit den Ergebnissen anderer Autoren überein. Ebenso die mittlere Ausdehnung der Wirbelstrukturen, die aus zweidimensionalen Korrelationsmessungen in wandparallelen Schnitten bestimmt wurden. Momentanen Geschwindigkeitsschwankungen, Schubspannungsverteilungen und eine Komponente des Rotationsvektors wurden berechnet. Im logarithmischen Bereich der Grenzschicht konnten "hairpinartige "Strömungsstrukturen identifiziert werden. Im Widerspruch zu bisherigen Vorstellungen ist die Turbulenzproduktion jedoch nicht maximal zwischen den Wirbelpaaren. In unmittelbarer Wandnähe wurden streifenartige Strukturen beobachtet, deren spannweitiger Abstand rund 100 viskose Einheiten beträgt. Obwohl sich diese Strukturen mit zunehmender Lebensdauer allmählich von der Wand entfernen, ist dieser Prozeß nicht maßgeblich verantwortlich für die turbulente Vermischung normal zur Wand.