Pr Prandtl Zahl - Brandenburgische Technische Universität Cottbus

7.6.2 örtliche Stoff- bzw. Wärmeübergangszahl
LS Thermische Maschinen, BTU Cottbus · Studienarbeit Stefan Bischoff
Unsere Erwartungen aus Kapitel 7.4 werden mit den Abb. 7-7 und Abb. 7-8 nicht
erfüllt. Ganz offenbar erfolgt der Stoff- bzw. Wärmeaustausch auf der
Plattenoberfläche in einer turbulenten Grenzschicht. Am besten stimmen die
Angaben von Renz [18] mit den von uns empirisch ermittelten Sherwood-Zahlen
überein. Die Werte von Baehr [2] sind zu klein, die Werte von Kottke [13] sind zu
hoch.
Mit den Abb. 7-9 und Abb. 7-10 ist eine Erklärung möglich. Nach Kottke [13] löst
sich an Platten endlicher Dicke die Grenzschicht im Bereich des Anlaufs laminar
ab, wird über der Ablöseblase instabil und legt sich nach kurzer Entfernung wieder
an die Platte an. Es entsteht eine Ablöseblase mit kleiner innerer Rezirkulation. Der
Punkt der Ablösung ist durch jene Re-Zahl definiert, bei der unmittelbar nach dem
Anlaufbereich eine Stoffübergangsminimum nachgewiesen wird. Dieses
Stoffübergangsminimum kann im Bereich der Ablösung am Anlauf mit unseren
Meßergebnissen nicht festgestellt werden. Eine Ursache hierfür ist, daß die
Auflösung der Schichtdickenabnahme ∆d des Naphthalins mit der verwendeten
Meßgerätekonfiguration im Kantenbereich der Platte zu gering ist. Es fehlen
Meßwerte direkt an der Forderkante der Platte, die den Bereich der
Strömungsablösung näher beschreiben.
Das Wiederanlegen der Strömung ist mit einer starken Erhöhung des
Stoffüberganges in Form eines Maximums verbunden. Bereits kurz nach dem
Maximum des Stoffübergangs stellt sich eine turbulente Grenzschicht ein.
Kottke [13] hat den Kantenbereich von verschiedenen Platten mit dem
remissionsfotometrischen Meßverfahren sehr genau untersucht. Sein Ergebnisse
sowie Ergebnisse weiterer Messungen mit der Hitzedrahtsonde und dem PIV-
Meßverfahren –ParticIe Image Velocimetry- bestätigen unsere Vermutung, daß ein
Stoffübergangsmaximum an der vorderen Randzone der ebenen Platte auf eine
Strömungsablösung bereits an der vordersten Kante der ebenen Platte hindeutet.
Ergebnisse der Messungen mit der Hitzedrahtsonde sind in den Abb. 7-11 und 7-
12 dargestellt. Es werden die mittlere Geschwindigkeit u und Turbulenzgrad Tu in 5
mm Entfernung von der Plattenoberfläche entlang der mittleren Plattenlauflänge x
vermessen. Die Strömungsgeschwindigkeit u∞ im Umluftwindkanal beträgt 20,35
m/s bei einer Temperatur T von 22,80 °C und einem Umgebungsdruck pu von
1010,48 hPa. In der Abb. 7-11 tritt nach der Beschleunigung der Strömung ein
Maximum der Geschwindigkeit bei x = 6 mm auf, wobei diese mit erweiterter
Plattenlauflänge x einen Wert < 19,5 m/s annimmt, was auf eine Sperrung durch
eine Ablöseblase im Bereich 0 mm < x < 20 mm hindeutet.
Der Turbulenzgrad Tu in 5 mm Entfernung von der Plattenoberfläche entlang der
mittleren Plattenlauflänge x ist in der Abb. 7-12 dargestellt. Das Maximum des
Turbulenzgrades Tu liegt bei x = 27 mm. Der Turbulenzgrad Tu nimmt nach dem
Maximum stetig in der turbulenten Grenzschicht ab und erreicht dann z.B. bei der
Plattenlauflänge x von 230 mm einen Turbulenzgrad Tu von 8%.
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