Lokal hochaufgelöste wandnahe Messungen turbulenter Strömungsgrößen bei hohen Reynoldszahlen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Messung von normierten Eigenschaften turbulenter, wandgebundener Strömungen ist nicht mit hoher räumlicher Auflösung, d.h. störungsfrei, möglich. Laser-Doppler- Messungen stellen die notwendige Störungsfreiheit bereit, jedoch nicht die erforderüche räumliche Auflistung. Hitzdrahtanemometer auf der anderen Seite bereiten, zumindest in eine Richtung, die erforderliche räumhche Aufiösung, nicht jedoch die benötigte Störungsfreiheit. Aufgrund dieser Sachverhalte wurde ein Messverfahren aufgegriifen, das in der Literatur mit exzellenten räumlichen Auflösungsgegebenheiten beschrieben ist. Es basiert auf einem Gradientenanemometer, gekoppelt mit einem konventionellen Laser-Doppler- Anemometer. Die in der Literatur beschriebenen erfolgreichen Durchführungen von Messungen wurden als Anlass genommen, ura an die Deutsche Forschungsgemeinschaft einen Antrag einzureichen, dieses Messverfahren für Messungen wandnaher Turbulenzgrößen zu entwickeln und zur Anwendung zu bringen. Die zugehörigen Entwicklungsarbeiten sind in dem vorliegenden Abschlussbericht des Projektes beschrieben. Sie umfassen detaillierte Betrachtungen zum erstellen optischen System und zu dessen Realisierung. Die Anwendung des Systems in turbulenten wandgebundenen Strömungen brachte jedoch nicht den gewünschten Erfolg. Hohe Streuungen der erhaltenen Messungen traten auf, und bei Betrachtungen der dafür verantwortlichen Ursachen konnte festgestellt werden, dass die Streuung prinzipieller Natur ist und nicht vermieden werden kann. Aus den eigenen Untersuchungen wurde geschlossen, dass die Messungen der mittleren Geschwindigkeitsverteilung erfolgreich mit dem vorgeschlagenen Messverfahren mögUch sind, nicht jedoch die Durchführung von Messungen turbulenter Größen. Die in der Literatur aufgeführten gegenteiligen Behauptungen werden ernsthaft angezweifelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Pashtrapanska, M., Jovanovic, J., Lienhart, H., Durst, F.: Turbulence measurements in a swirling pipe fiow. Experiments in Fluids, Springer Verlag, pp. 813-827, 2006 ¿ Durst, F., Ünsal, B.: Forced larainar-to-turbulent transition of pipe fiows, Journal of Fluid Mechanics, vol. 560, pp. 449-464, 2006
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Shirai , K., Pfister, T.. Büttner, L., Czarske, J. , Müller, H., Becker, S. Lienhart, H. and Durst, F.: Highly spatially resolved velocity measurements of a turbulent channel fiow by a fiber-optic heterodyne laser-Doppler velocity-profile sensor. Experiments in Fluids, Springer Berlin / Heidelberg, Vol. 40, No. 3, pp. 473 - 481, 2006
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Shirai, K., Büttner, L., Pfister, T., Czarske, J., Müller, H., Dopheide, D., Becker, S., Lienhart, H., Durst, F.: High spatially resolved turbulent boundary layer measurements by fiber-optic heterodyne-velocity-profile-sensor, Proc. 4nd International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena, Williiamsburg, Virginia, USA, (2005)
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Yamanaka, G, Becker, S., Durst, F.: Limitations of Gaussian Beam Property Based LDA-Velocity Profile Measurements, Proc. 13th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, 2006.
