Pr Prandtl Zahl - Brandenburgische Technische Universität Cottbus

LS Thermische Maschinen, BTU Cottbus · Studienarbeit Stefan Bischoff
Die Traversierung ist unzureichend. Es wird hierbei ein Holzrahmen verwendet, mit
dem nur ungenau die gewünschten Positionen in Millimeterschritten in der
Meßstrecke per Hand angefahren werden können. Der Rahmen ist verzogen. Der
Traversierschlitten fährt nicht gerade herunter, sondern in einer Winkelschrägung
von ca. 2° zur Düsenwandung. Dies macht insbesondere die örtliche Zuordnung
der Druckverluste in der Wandgrenzschicht unsicher.
6 Turbulenzgradmessung in der Meßstrecke
Mit dem Turbulenzgrad werden ungeordnete Schwankungen beschrieben, die der
mittleren Strömungsgeschwindigkeit überlagert sind. Die Turbulenz hat einen
besonderen Einfluß auf das Wärme- und Stoffübertragungsverhalten von Körpern
bzw. Stoffen in der betreffenden Strömung bzw. auf die Charakterisik der
Strömung. Die Kenntnis der Turbulenz einer Strömung ist eine der Grundlagen für
die Interpretation von Meßwerten in der Strömungstechnik. Im vorliegenden Fall
wird die Turbulenzverteilung am Düsenquerschnitt des Umluftwindkanals bestimmt,
um die Ausprägung der Grenzschicht an der Düsenwandung feststellen zu können,
und mit einem definierten Turbulenzgrad rechnen zu können. Diese Erkenntnisse
haben beim Einbau von Meßkammern in die Meßstrecke des Umluftwindkanals
Bedeutung.
Die Geschwindigkeit in einem Turbulenzfeld kann für einen Punkt örtlich betrachtet
werden. Im Gegensatz zu laminaren Strömungen ist diese lokale Geschwindigkeit
nur in ihrem zeitlichen Mittelwert konstant. Die zeitabhängigen Geschwindigkeiten
u(t), v(t) und w(t) setzen sich aus dem jeweiligen Mittelwert u und einer
überlagerten zeitabhängigen Schwankungsgeschwindigkeit u’(t) zusammen.
u = u+ u′( t)
Für kompressible turbulente Strömungen gilt zusätzlich
()
Gl. 6-1
ρ= ρ+ ρ′
t und Gl. 6-2
T= T+ T′ () t
Gl. 6-3
Die mittlere Geschwindigkeit wird durch die Integration der
Momentangeschwindigkeit über eine hinreichend große Zeit T in einem
festgehaltenen Raum gebildet.
u =
T
1
⋅∫
u()
t ⋅ dt
T
0
Gl. 6-4
Die zeitlichen Mittelwerte der Schwankungen verschwinden entsprechend der
Definition. Ein Maß für die Intensität der Turbulenz ist hingegen
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