Einsatz temperaturempfindlicher Farbe (TSP) zur Bestimmung der Eigenschaften von Körperumströmungen in Wasserkanal-Versuchen

Kurzfassung

Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurden Messungen mit Temperatur-Sensitiven Farben (TSP) unter Wasser an zwei Modellen durchgeführt. An einem querangeströmten Kreiszylinder wurden aus Visualisierungsmessungen mit TSP die dimensionslosen Ablösefrequenzen der Wirbel ermittelt und mit Literaturwerten vergleichen. Über den gesamten Messbereich liegen die ermittelten Strouhal-Zahlen höher als erwartet, was möglicherweise auf das kleine Längen-zu-Dicken-Verhältnis des Zylinders zurückzuführen ist. Zusätzlich wurden Temperatursignaturen auf der Oberfläche im Bereich des Nachlaufs mit Strömungsstrukturen aus Wasserstoffbläschenmessungen verglichen. An einer ebenen Platte wurden mit Hilfe von TSP Absoluttemperaturen an der Plattenoberfläche gemessen und der Wärmeübergangskoeffizient ermittelt. Mit Hilfe der Erweiterung der Colburn-Analogie nach Lin (Lin, 1994) wurde der Reibbeiwert in der laminaren Grenzschicht ermittelt und mit Literaturwerten verglichen. Die gefundenen Colburn-Faktoren sind deutlich kleiner als bei Lin angegeben. Ursächlich dafür ist unter anderem die Verletzung der Voraussetzung gleichförmige Wandtemperatur oder gleichförmiger Wärmestrom, da die geheizte Fläche eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufwies. Zusätzlich wurde TSP dazu verwendet, Transition der Grenzschicht sichtbar zu machen. Aufgrund von Störungen, die vom verwendeten Kanal ausgingen, konnte allerdings keine Tollmien-Schlichting-Transition visualisiert werden, so dass ein Zylinder als Störkörper zur Erzeugung eines Turbulenzkeils verwendet wurde.