The Interaction between a Spatially Oscillating Jet and a Crossflow
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt beschäftigte sich mit dem fundamentalen Strömungsfeld welches entsteht, wenn ein räumlich oszillierender Strahl durch einen fluidischen Oszillator in eine Querströmung eingedüst wird. Insbesondere in der Strömungskontrolle werden diese räumlich oszillierenden Strahlen genutzt, um Strömungsablösungen zu verhindern, dreidimensionale Strömungen zu unterdrücken oder die Mischung zu verbessern. Der Grund für die hohe Effektivität in diesen Anwendungen ist aber weitestgehend unbekannt, da das zugrundeliegende Strömungsfeld nicht untersucht wurde. Druckund aufwendige Geschwindigkeitsmessungen wurden durchgeführt, um das dreidimensionale, zeitaufgelöste Strömungsfeld zu erfassen und zu untersuchen. Der Einfluss des Geschwindigkeitsverhältnisses, der Oszillationsfrequenz, sowie den Ausblaswinkeln wurde analysiert und die Auswirkungen auf das Strömungsfeld sowohl qualitativ, als auch quantitativ beschrieben. Es konnte gezeigt werden, dass, für den gewählten fluidischen Oszillator, das Strömungsfeld bei einem gegebenen Geschwindigkeitsverhältnis unabhängig von der Oszillationsfrequenz ist im inkompressiblen Bereich. Da ein linearer Zusammenhang zwischen Strahlgeschwindigkeit und Oszillationsfrequenz besteht ist die Strouhalzahl linear von dem Geschwindigkeitsverhältnis abhängig. Das Geschwindigkeitsverhältnis, bzw. die Strouhalzahl beeinflussen das Strömungsfeld stark. Bei geringen Strouhalzahlen interagiert der Strahl mit der Querströmung analog zu einem angestellten Strahl mit änderndem Ausblaswinkel. Es entstehen dominante, in Strömungsrichtung orientierte Wirbel, welche wahrscheinlich ein Grund für die hohe Effektivität bei der Strömungskontrolle sind. Bei hoher Strouhalzahl kann die Querströmung nicht mehr der momentanen Position des Strahls nachfolgen und es bildet sich zunehmend ein quasi stationäres Strömungsfeld aus, welches bereits bei relativ geringen Strouhalzahlen durch einen quasi stationären Nachlauf hinter der Düse bemerkbar ist. Das höhere Geschwindigkeitsverhältnis ermöglicht außerdem das Entstehen neuer, in Strömungsrichtung orientierter Wirbel. Bei allen Strouhalzahlen ist die Trajektorie des räumlich oszillierenden Strahls deutlich flacher als bei einem stationären Strahl. Dafür ist die spannweitige Wirkung signifikant erhöht. Bei einer Veränderung des Ausblaswinkels ändert sich das Strömungsfeld teilweise deutlich, aber die für den Basisfall beschriebenen Mechanismen bleiben weitestgehend erhalten. Aufgrund von lokalen Konvektionsgeschwindigkeitsunterschieden, ist der Strouhalzahleffekt lokal unterschiedlich und verschiebt sich zu anderen Geschwindigkeitsverhältnissen.
Publications
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