Untersuchung der Struktur eines Nachlaufes hinter einem Kreiszylinder mit und ohne Endscheiben mittels Messung der natürlichen Temperaturschwankungen

摘要

Bei der Untersuchung des Nahbereichs hinter einem zylindrischen Stab mit Hilfe einer Temperaturmeßsonde fand Wagner [1], daß dreidimensionale Störeinflüsse die Ausbildung eines geordneten zweidimensionalen Nachlaufes beeinträchtigen. Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit hatten das Ziel, mit Hilfe von kreis symmetrischen Endscheiben, die an den Enden des zylindrischen Stabes angebracht wurden, diese von den Stabenden herrührenden dreidimensionalen Einflüsse zu vermindern. Durch derartige Endscheiben wird, wenn sie groß genug sind, die Wirkung fester Kanalwände simuliert .nDie Versuche zeigten, daß die Struktur des Zylindernachlaufes in ganz charakteristischer Weise davon abhängig ist, ob am Stab Endscheiben angebracht sind oder ob diese fehlen. Zunächst sei bemerkt, daß die benutzten kreissymmetrischen Endscheiben selbst einen Nachlauf erzeugen, der sich stromabwärts verbreitert. Die Folge davon ist, daß in einiger Entfernung vom zylindrischen Stab die Einflußbereiche der beiden Endscheiben zusammenwachsen. Die meisten der im folgenden dargestellten Messungen wurden jedoch im Nahbereich hinter dem Zylinder durchgeführt, wo keine Einflüsse des Endscheibennachlaufes feststellbar waren.nDer wirklich interessante Aspekt der Endscheiben ist in ihrem Einfluß auf das gesamte Gebiet des Zylindernachlaufes zu sehen:Die periodische Ablösung der Wirbel hinter dem Zylinder erfolgt regelmäßiger und geordneter, da weniger von den Stabenden ausgehende dreidimensionale Störeinflüsse vorhanden sind. D.h. die Abstände benachbarter Wirbelkerne weisen im Nahbereich des Zylinders nur verhältnismäßig geringe Schwankungen auf, während sie bei fehlenden Endscheiben größeren Schwankungen unterliegen. Diese Eigenschaft des Nachlaufes hat je nach dem Ordnungsgrad der Strömung eine mehr oder minder große Kohärenzzeit des Temperatursignals einer Meßsonde zur Folge. Trotz der Endscheiben erhält man aber auch in Stabnähe keinen idealen zweidimensionalen Nachlauf:Die mittlere Ausdehnung der Wirbel in Stabrichtung ist kleiner als der Abstand zwischen den beiden Endscheiben. Als mittlere Ausdehnung wird hierbei die Korrelationslänge verstanden, die man durch Kreuzkorrelation der Temperatursignale zweier Sonden erhält, die in Stabrichtung gegeneinander verschoben sind.nEine Folge der bei Vorhandensein von Endscheiben geordneteren Nachlaufstruktur besteht darin, daß die Breite des Nachlaufes geringer ist als bei Fehlen der Endscheiben. Man erkennt dies einmal direkt an den aufgenommenen Temperatur Signalen:Die größten mit der Strouhalfrequenz auftretenden Temperaturspitzen, die den Wirbelkernen zugeordnet werden können, treten bei der Messung mit Endscheiben in größerer Nähe zur Nachlaufmitte auf. Zum anderen lassen auch die gemessenen Profile der Temperatur-schwankungseffektivwerte denselben Schluß zu:Bei vorhandenen Endscheiben sind die Profile unter sonst gleichen Versuchsbedingungen deutlich schmaler als bei fehlenden Endscheiben.