@phdthesis{Hamede2023, author = {Hamede, Mohammed Hussein Haytham}, title = {The turbulent very wide-gap Taylor-Couette flow : experimental investigation}, doi = {10.26127/BTUOpen-6445}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64456}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {Die Taylor-Couette-Str{\"o}mung (TC), die Str{\"o}mung zwischen zwei konzentrischen, unabh{\"a}ngig voneinander rotierenden Zylindern, wird als perfektes Modell zur Untersuchung von Scherstr{\"o}mungen {\"u}ber konkaven Oberfl{\"a}chen verwendet und ist eines der paradigmatischen Systeme der Fluidphysik. In dieser Arbeit wird eine experimentelle Untersuchung der turbulenten TC-Str{\"o}mung in einer sehr breiten Spaltgeometrie mit einem Radiusverh{\"a}ltnis 𝜂 = 0,1 durchgef{\"u}hrt. Das physikalische und dynamische Verhalten der Str{\"o}mung wird in einer Geometrie untersucht, die vor der vorliegenden Studie kaum untersucht wurde, was diese Studie einzigartig macht. Ziel der Studie ist es, die Auswirkungen der Kr{\"u}mmung auf die TC-Str{\"o}mung zu verstehen, insbesondere in F{\"a}llen, in denen die Umfangsl{\"a}nge des inneren Zylinders kleiner ist als die Spaltbreite. Die Str{\"o}mung wird in den verschiedenen Rotationsregimen untersucht: gegenl{\"a}ufige, mitl{\"a}ufige und reine Innenzylinder-Rotationsregime bis zu Scher-Reynoldszahlen Re_s≤ 150000. Das Str{\"o}mungsfeld wurde mit Hilfe von Visualisierungstechniken qualitativ untersucht. Bei der Untersuchung der verschiedenen Str{\"o}mungsparameter zeigen sich bekannte koh{\"a}rente TC-Str{\"o}mungsmuster sowie neu beobachtete Muster, von denen wir annehmen, dass sie nur bei TC-Str{\"o}mungen mit sehr großem Spalt existieren. F{\"u}r eine detailliertere quantitative Untersuchung wurde eine zeitaufgel{\"o}ste Messung des Geschwindigkeitsfeldes mit der Hochgeschwindigkeits-Partikel-Image-Velocimetry-Technik durch die Endplatte des Systems durchgef{\"u}hrt. Die radialen und azimutalen Geschwindigkeitskomponenten in der horizontalen 2D-Ebene werden an verschiedenen axialen Positionen gemessen, um die axiale Varianz der Str{\"o}mung zu erfassen. Das aufgezeichnete Str{\"o}mungsfeld wird verwendet, um den Drehimpulstransport in Form der Quasi-Nusselt-Zahl (Nu_ω) zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen ein Maximum der Nu_ω f{\"u}r niedrige gegenl{\"a}ufige Raten von -0,011 ≤ μ_max ≤ -0,0077, was mit großr{\"a}umigen Strukturen verbunden ist, die den gesamten Spalt {\"u}berspannen. Dar{\"u}ber hinaus nimmt Nu_ω f{\"u}r Gegenrotationsraten, die h{\"o}her als μ_max sind, ab, bis es einen Minimalwert erreicht, und steigt dann f{\"u}r h{\"o}here Gegenrotationsf{\"a}lle tendenziell wieder an. Das Raum-Zeit-Verhalten des turbulenten Str{\"o}mungsfeldes f{\"u}r die F{\"a}lle mit hoher Gegenrotation zeigt die Existenz neu beobachteter Muster neben der {\"a}ußeren Zylinderwand, die sich nach innen ausbreiten, den Drehimpulstransport verst{\"a}rken und zu einem zweiten Maximum im Transport f{\"u}r h{\"o}here Gegenrotationsraten f{\"u}hren. Das Raum-Zeit-Verhalten des turbulenten Str{\"o}mungsfeldes f{\"u}r die F{\"a}lle mit hoher Gegenrotation zeigt die Existenz von neu beobachteten Mustern neben der {\"a}ußeren Zylinderwand, die sich nach innen ausbreiten, den Drehimpulstransport verst{\"a}rken und zu einem zweiten Maximum des Transports f{\"u}r h{\"o}here Gegenrotationsraten f{\"u}hren. F{\"u}r den rein rotierenden inneren Zylinder skaliert der Impulstransport.}, subject = {Experimental fluid mechanics; Taylor-Couette flow; Rotating flow; Turbulence; Particle image velocimetry; Experimentelle Str{\"o}mungsmechanik; Taylor-Couette-Str{\"o}mung; Rotationsstr{\"o}mung; Turbulenz; Turbulente Str{\"o}mung; Str{\"o}mungsmechanik; Rotationsstr{\"o}mung; Taylor-Couette-Str{\"o}mung}, language = {en} }