FG Aerodynamik und Strömungslehre
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Flow Pattern and Heat Transfer in a Cylindrical Annulus Under 1 g and Low-g Conditions: Experiments
(2018)
Flow pattern and heat transfer in a cylindrical annulus under 1g and low-g conditions: Experiments
(2017)
Ziele des Vorhabens sind die Verbesserung der Messtechnik für tribologische Untersuchungen in der Kolbengruppe aus dem Vorläufervorhaben Kolbenring-Öltransport I und die Untersuchung von verschiedenen Betriebsbedingungen und Komponenten hinsichtlich ihres Einflusses auf den Ölhaushalt. Der Fokus liegt auf der verbesserten Auflösung der Schmierfilmdickenmessung und der Ringstoßlagen. Mit der erweiterten Kapillar- und Lichtleiterkonfiguration werden neue Öltransportvorgänge entlang des Kolbenringpakets mittels Tracerinjektion und simultaner LiF-Messung beobachtet. Das methodische Vorgehen bei der optischen Analyse des Kapillarfüllungsgrades wird an einem Labor-Druckprüfstand weiterentwickelt.
Des Weiteren werden komplexe Simulationsmodelle erstellt, mit denen die Kolbensekundär-bewegung, die Kolbenringbewegung, die Gasströmung im Ringpaket und der Öltransport im Ringpaket geklärt werden können. Die Kolbensekundärbewegungsrechnung basiert auf einer FEM-Diskretisierung die aus CAD-Modellen sämtlicher Bauteile abgeleitet ist. Die dreidimensionale Berechnung der Kolbenringbewegung erfolgt unter Berücksichtigung dynamisch wirkender Kräfte aus der Bewegung, der Ringreibung, dem Gasdruck und den Zwischenring- drücken. Die Elastizität der Ringe wird berücksichtigt, so dass Biegung, Torsion und damit auch das Twisten abgebildet werden können. Nut- und Ringgeometrie sowie thermisch bedingte Verzüge fließen ebenfalls in die Berechnung mit ein. Als Ergebnisgrößen stehen neben den Ringbewegungen und -lagen auch die Gasströmungen und -drücke, Schmierfilmhöhen und Verlustleistungen zur Verfügung.
Die Projektreihe Kolbenring-Öltransport dient der Untersuchung der tribologischen Zustände in der Kolbengruppe. Dabei wurde im ersten Projektabschnitt ein 0,5-l-Einzylinder-Forschungsmotor aufgebaut, der mit zahlreichen Sensoren ausgerüstet ist, um diese Zustände messtechnisch zu erfassen. Im zweiten, hier ausschnittsweise vorgestellten Projektabschnitt wurden zusätzliche Simulationsmodelle implementiert, die durch Abgleich mit den aufgezeichneten Messdaten an Genauigkeit gewinnen und zum Verständnis des Ölhaushalts in der Kolbengruppe erheblich beitragen.
The main focus of the project series “Piston Ring Oil Transport” is the investigation of the tribological conditions in the piston assembly. Within the first part of the project, a 0.5-l single-cylinder research engine was built up [1, 2], which is equipped with numerous sensors to measure the tribological circumstances. In the second project part [3] presented here, additional simulation models are developed, which gain accuracy compared to the recorded measurement data and contribute significantly to an understanding of the oil supply at the piston assembly.
Influence of the temperature-dependent viscosity on convective flow in the radial force field
(2017)
Time periodic variation of the rotation rate of an annulus induces in supercritical regime an unstable Stokes boundary layer over the cylinder side walls, generating
Görtler vortices in a portion of a libration cycle as a discrete event. Numerical results show that these vortices propagate into the fluid bulk and generate an azimuthal
mean flow. Direct numerical simulations of the fluid flow in an annular container with librating outer (inner) cylinder side wall and Reynolds-averaged Navier–Stokes
(RANS) equations as diagnostic equations are used to investigate generation mechanism of the retrograde (prograde) azimuthal mean flow in the bulk. First, we explain, phenomenologically, how absolute angular momentum of the bulk flow is mixed and changed due to the propagation of the Görtler vortices, causing a new vortex
of basin size. Then we investigate the RANS equations for intermediate time scale of the development of the Görtler vortices and for long time scale of the order of
several libration periods. The former exhibits sign selection of the azimuthal mean flow. Investigating the latter, we predict that the azimuthal mean flow is proportional to the libration amplitude squared and to the inverse square root of the Ekman number and libration frequency and then confirms this using the numerical data.
Additionally, presence of an upscale cascade of energy is shown, using the kinetic energy budget of fluctuating flow.
Interacting inertial modes and their instability in a differentially rotating spherical gap flow
(2016)
Wide gap Taylor-Couette flow
(2015)
Inertial modes and their transition to turbulence in a differentially rotating spherical gap flow
(2016)
Laboratory experiments and numerical simulations of inertial waves in a rotating spherical shell
(2016)
Experimentelle Untersuchung von Gebäude-integrierten Windführungen mit Laser-Doppler- Anemometrie
(2015)
Fluid stratified by gravitation can be subject to a number of instabilities which eventually lead to a flow that causes enhanced mixing and transport of heat. The special case where a destabilizing temperature gradient counteracts the action of a stabilizing gradient in molecular weight is of interest to astrophysics (inside stars and giant planets) and geophysics (lakes, oceans) as well as to some engineering applications. The detailed dynamics of such a system depend on the molecular diffusivities of heat, momentum, and solute as well as system parameters including the ratio of the two gradients to each other. Further important properties are the formation and merging of well-defined layers in the fluid which cannot be derived from linear stability analysis. Moreover, the physical processes operate on a vast range of length and time scales. This has made the case of semi-convection, where a mean temperature gradient destabilizes the stratification while at the same time the mean molecular gradient tends to stabilize it, a challenge to physical modelling and to numerical hydrodynamical simulation. During the MetStröm project the simulation codes ANTARES and MITgcm have been extended such that they can be used for the simulations of such flows. We present a comparison of effective diffusivities derived from direct numerical simulations. For both stars and the oceanic regimes, the Nusselt numbers (scaled diffusivities) follow similar relationships. Semi-convection quickly becomes inefficient, because the formation of layers limits vertical mixing. In contrast to the complementary saltfingering, these layers tend to damp instabilities so that effective diffusivities of salinity (concentration) are up to two orders of magnitudes smaller than in the former case.