Zusammenfassung

Es werden zwei experimentelle Untersuchungen turbulenter Grenzschichten beschrieben. Die erste wurde als Teil einer Suche nach genaueren Kenntnissen der Struktur und Bewegung der großräumigen Wirbelbewegungen begonnen, die die Mitnahmegeschwindigkeit von nicht turbulentem Fluid zu steuern scheinen und die auch eine dominierende Rolle in der Konstantspannungsschicht spielen können. Die experimentelle Technik hängt von der Messung der mittleren Produkte der verschiedenen Komponenten der Fluktuationsgeschwindigkeiten an zwei getrennten Punkten in der Strömung ab, und ein Vergleich der Messungen mit denen, die aus dem Vorhandensein hypothetischer einfacher Wirbelstrukturen zu erwarten sind. Innerhalb der inneren Konstantspannungsschicht stimmen die Messungen mit dem unregelmäßigen Auftreten nahezu zweidimensionaler, von der viskosen Schicht nach außen gerichteter Strahlen von vergleichsweise großer und unbestimmter Länge in Strömungsrichtung überein. Im äußeren Teil der Schicht scheint die dominierende großräumige Bewegung turbulente Flüssigkeitsstrahlen zu sein, die aus der Freisetzung der Anisotropie-Reynolds-Spannungen entstehen können, die durch die Scherbewegung an der freien Grenze aufgebaut werden. Der Zusammenhang zwischen diesen Ergebnissen und der Hypothese der Wandähnlichkeit („Gesetz der Wand“) wird diskutiert.

Der zweite Teil befasst sich mit der Grenzschicht auf einer flachen Platte mit endlichem Aspektverhältnis, insbesondere der Strömung in unmittelbarer Nähe der freien Kante parallel zur Strömung und ihrer Wirkung auf die Grenzschicht als Ganzes. Die Messungen umfassen mittlere Geschwindigkeiten, turbulente Intensitäten und lokale Oberflächenreibung. Für eine vollständig turbulente Strömung bei effektiven Reynoldszahlen von über einer Million werden gut entwickelte Wirbel mit ihren Achsen parallel zum Rand und einer auf jeder Seite der Platte gefunden. Diese werden durch die Querströmung verursacht, die entstehen muss, wenn eine Grenzschicht durch eine freie Kante als Folge der bekannten Ungleichheit der normalen Reynoldsspannungen in einer Grenzschicht begrenzt wird. Messungen bei niedrigeren Reynoldszahlen zeigen, dass die laminare Strömung in Randnähe bei einer niedrigeren Reynoldszahl instabil wird als der Rest der Schicht und turbulent werden kann, bevor der Rest der Strömung in irgendeiner Weise instabil ist. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Teilen der Strömung weist einige sehr interessante Merkmale auf, und es ist zu hoffen, dass diese Experimente bei der Interpretation der jüngsten Messungen der „turbulenten“ Hautreibung auf flachen Platten bei sehr niedrigen Reynolds-Zahlen helfen können.

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