Reynolds-Zahl-Effekte bei scharfkantigen, generischen Profilen und deren Einfluß auf strömungsinduzierte Schwingungen

Abstract

Nach landläufiger Meinung treten bei der Umströmung scharfkantiger Profile keine oder nur sehr schwache Reynolds-Zahl-Effekte auf. Das Ziel der Arbeit besteht in der Beantwortung der Frage, ob Reynolds-Zahl-Effekte bei scharfkantigen Profilen auftreten und inwieweit diese die Neigung zu strömungsinduzierten Schwingungen und deren Intensität beeinflussen.? Ein zweites Ziel ist die Bereitstellung experimenteller Ergebnisse, die im Hinblick auf numerischen Simulationen (siehe auch Beitrag: Mannini, Soda, Voß und Schewe) als Testfälle dienen können. Dazu wurden Experimente über einen großen Reynolds-Zahlbereich an 2D-Profilen im Hochdruckwindkanal in Göttingen durchgeführt. Die ausgewählten Profilgeometrien sind: ein generisches Tacoma Profil, ein trapezformiges Brücken Profil (Great Belt) und ein Rechteckzylinder mit dem Seitenverhältnis 1:5. Letzteres Profil gilt als Testfall für numerische Simulationen. Ergebnis: Bezüglich des Tacoma Profils sind, wie erwartet, nur schwache Effekte zu verzeichnen, deren Einfluß auf die aeroelastisch relevanten Derivative aber nicht vernachlässigbar sind. Beim „Great Belt“ Profil führt die Variation der Reynolds Zahl zu drastischen Effekten, die durch Änderungen der topologischen Struktur der abgelösten Strömung verursacht werden. Beim Rechteckprofil werden die Reynolds-Zahl-Effekte besonders offensichtlich, wenn die Symmetrie aufgehoben wird, das heißt bei einem Anstellwinkel ungleich null. Für alpha = 4° variiert der Auftriebskoeffizient bei einer Änderung der Re-Zahl um zwei Größenordnungen nahezu um den Faktor 2 . Fazit: Auch scharfkantige Profilen können drastischen Reynolds-Zahl-Effekten unterliegen, die das aeroelastische Verhalten stark beeinflussen können.