Untersuchung transitioneller Strömungsstrukturen hinter einer rückwärtsgewandten Stufe mittels 2C- und hochaufgelöster 3D-3C- Tomo- PIV / Investigation of transitional flow structures downstream of a backward-facing-step by using 2D-2C- and high resolution 3D-3C- tomo- PIV

Abstract

Eine experimentelle Untersuchung des Transitionsvorgangs der Scherschicht hinter einer rückwärtsgewandten Stufe (Backward Facing Step) bei niedrigen Reynoldszahlen mit anschliessendem Wiederanlegen der Strömung kann viel zum Verständnis von kritischen Strömungssituationen beitragen, die wesentlich durch die transitionelle Entwicklung einer laminaren Ablöseblase wie z.B. in der Flügelaerodynamik beeinflusst sind. Zudem fehlen numerischen Verfahren in der aerodynamischen Simulation verlässliche Felddaten aus Experimenten mit einfacher Geometrie, die der Validierung von neuen Transitionsmodellen oder entwickelteren Codes (LES, DES, DNS) dienen können. Die Strömungsentwicklung hinter einer rückwärtsgewandten Stufe ist zunächst von der Formierung von 2DWellen aus der Kelvin-Helmholtz-Instabilität und dann von dreidimensionalen wirbelbehafteten Strukturen unterschiedlicher Skalen bestimmt, deren topologische Untersuchung über die scherschichtnormalen Austauschmechanismen des Fluids Auskunft geben kann, die schliesslich zum späteren Wiederanlegen der Strömung führen. Im nicht-linearen Bereich der Transition ist es dabei allerdings nötig, die oben genannten großen wellenartigen Schwankungen, die aus dem frühen Transitionsprozeß stammen, als auch kleinere Strukturen mit großen Geschwindigkeitsgradienten in allen Raumrichtungen gleichzeitig momentan und dreidimensional aufzulösen. Tomo-PIV ist hierbei das Mittel der Wahl.