Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe ...

Impulsverhältnis I und Ausblaserate M
Ist das Impulsverhältnis I bzw. die Ausblaserate M der Kühlluftströmung entsprechend groß,
so wird stromabwärts der Ausblasung die Strömungsrichtung der Kühlluft nur graduell an die
Richtung der Hauptströmung angepaßt, wobei in den betroffenen Scherströmgebieten große
aerodynamische Verluste auftreten. Infolge der durch die Kühlluftströmung eingebrachten
hohen kinetischen Energie hebt in diesem Fall die Kühlluftströmung von der Wandoberfläche
ab und verringert damit die Kühlwirkung im Ausblasebereich.
Um eine hohe effektive Kühlwirkung zu erhalten, ist ein großer Massenstrom notwendig, da
mit der Erhöhung der Menge an vorhandenem Kühlmedium in einem bestimmten Volumen
die Summe der bezogenen spezifischen Wärmekapazität und somit das Potential der
kompensierbaren Wärmemenge ansteigt.
In realen Kühlsystemkonfigurationen stellt sich das Dichteverhältnis ρ K /ρ H von Kühlluft- und
Hauptluftströmung über das Temperaturverhältnis T K /T H sowie unter anderem von den
Zustandsgrößen der Fluide ein. Unter Modellbedingungen ist oft nur die Einstellung des
entsprechenden Dichteverhältnisses ρ K /ρ H in Abhängigkeit vom verwendeten Meßverfahren
sowie der technischen Randbedingungen mit verschieden schweren Gasen möglich.
Es existieren auch Untersuchungen, bei denen reversible Temperaturverhältnisse eingestellt
wurden, wobei diese Vorgehensweise für den Fall des Auftretens gekoppelter
aerodynamischer Phänomene z.B. Transition infolge Ausblasung wenig geeignet erscheint.
Turbulenz
Wird Turbulenz in der Hauptströmung angenommen, so verhindert die angenommene
Wirbelviskosität die Ausbildung schwächerer Wirbel in der Kühlluftströmung. In den
Scherströmungsgebieten entstehen kleine Turbulenzballen, die durch die größeren
Turbulenzballen der Hauptströmung dominiert werden.
Eine erhöhte Turbulenz bewirkt die Beschleunigung der Vermischung von Kühlluft und
Hauptströmung. Für Ausblasebohrungsreihen in einer Konfiguration der Filmkühlung ist die
verstärkte Vermischung der Kühlluftströmung mit der Hauptströmung erwünscht, um eine
homogene Kühlwirkung zu erhalten. Parallel wirkt jedoch auch eine normal zur
Wandoberfläche auftretende Mischbewegung thermisch ungünstig, da in diesem Mischprozeß
heißes Fluidmedium der Hauptströmung zur Wandoberfläche und Kühlluft von der
Wandoberfläche transportiert wird.
Somit kommt es bei kleinen Ausblaseraten zu einer Verminderung der Kühlwirkung aufgrund
der verstärkten Vermischung von Kühlluftströmung und Hauptströmung. Für große
Ausblaseraten bleibt der Anteil der turbulenzinduzierten, wandnormalen Mischbewegung
konstant, die längsgerichtete Mischbewegung nimmt jedoch zu und somit auch die gesamte
Kühlwirkung der Ausblaskonfiguration.
Oberflächenrauhigkeit
Eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit hat eine verbesserte Kühlwirkung zur Folge, da die
Ausmischung der Kühlluftströmung im Wandbereich gefördert wird, die wandnormale
Mischbewegung hingegen unbeeinflußt bleibt. Der Einfluß der Oberflächenrauhigkeit wird in
der vorliegenden Arbeit nicht untersucht.
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