@phdthesis{Motuz2014, author = {Motuz, Vasyl}, title = {Gleichm{\"a}ßiges Mikro-Ausblasen zur Beeinflussung einer turbulenten Grenzschicht}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31242}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Das gleichm{\"a}ßige Ausblasen ist eine effektive Methode zur Beeinflussung einer turbulenten Grenzschicht, n{\"a}mlich zur Reduzierung des Reibungswiderstands einer umstr{\"o}mten Wandoberfl{\"a}che. In der vorliegenden Arbeit wurde turbulente Grenzschicht an einer ebenen Platte hinsichtlich ihrer Beeinflussbarkeit mittels gleichm{\"a}ßigem kontinuierlichen Mikro-Ausblasen in einer Str{\"o}mung ohne Druckgradient untersucht. Die durchgef{\"u}hrte Untersuchung umfasst das Str{\"o}mungsverhalten in einer viskosen Unterschicht {\"u}ber einer durchl{\"a}ssigen Wand ohne und mit Ausblasen, der Einfluss der Ausblasrate und der Temperatur der ausgeblasenen Luft auf die Grenzschichtparameter sowie eine Visualisierung und qualitative Analyse des Temperaturfeldes der Oberfl{\"a}che der durchl{\"a}ssigen Wand ohne und mit Ausblasen unter verschiedenen Bedingungen. Die Untersuchung wurde in einem geschlossenen Unterschall Windkanal f{\"u}r einen Reynoldszahlen-Bereich von 1x10³ < Reₓ < 1x10⁶ und f{\"u}r eine Ausblasrate von 0 < F < 0.0173 durchgef{\"u}hrt. Die Ermittlung der Profile der Str{\"o}mungsgeschwindigkeit im wandnahen Bereich sowie des Einflusses der Ausblasrate und der Temperatur der ausblasenden Luft auf die Parameter der Grenzschicht wurde mit Hilfe des noninvasiven Laser Doppler- und bei einzelnen Experimenten mit Hilfe des hochaufl{\"o}senden Konstant Temperatur Anemometrie-Verfahrens durchgef{\"u}hrt. Zur Untersuchung des Temperaturfeldes sowie dessen {\"A}nderung wurde ein Thermografiesystem auf Basis einer Infrarot-Kamera eingesetzt. Die ermittelten Profile der Str{\"o}mungsgeschwindigkeit u(x,z) und besonders v(x,z) haben gezeigt, dass das Ausblasen durch eine durchl{\"a}ssige Wand, die gleichm{\"a}ßig verteilte Mikro-{\"O}ffnungen enth{\"a}lt, als ein „Ensemble" einzelner Freistrahlen zu betrachten ist. Im Fall einer Unterschallstr{\"o}mung darf diese Art des Ausblasens nur grob als ein gleichm{\"a}ßiges Ausblasen angenommen werden. Mit Hilfe des gleichm{\"a}ßigen Ausblasen wurde der Reibungsbeiwert im Bereich Reynoldszahlen Reₓ < 1x10⁶ im Vergleich zur festen Wand um bis zu 59 \% reduziert. Dabei wurde festgestellt, dass der Reibungsbeiwert bzw. die Wandschubspannung einer durchl{\"a}ssigen Wand mit Ausblasen von der Ausblasrate abh{\"a}ngt und deren Reduzierung nur bis zu einem bestimmten Wert der Ausblasrate stattfindet. Durch das Ausblasen der Luft verschiedener Temperatur wurde es gezeigt, dass auf die Eigenschaften der turbulenten Grenzschicht {\"u}ber einer durchl{\"a}ssigen Wand neben dem Ausblasen selbst, die Temperatur des ausblasenden Mediums auch eine wichtige Rolle spielt. Je nach dem, welche Temperatur das ausblasende Fluid besitzt, wird der Reibungsbeiwert reduziert oder erh{\"o}ht. Mittels einer Visualisierung des Temperaturfeldes der Oberfl{\"a}che der durchl{\"a}ssigen Wand mit Ausblasen wurde eine indirekte Visualisierung der Wirkung der {\"a}ußeren Str{\"o}mung auf die umstr{\"o}mte Wand realisiert. Da sich eine {\"a}ußere Str{\"o}mung in Wandn{\"a}he eine Grenzschicht bildet, kann diese Visualisierung als eine Visualisierung der Wirkung des Ausblasens auf die Grenzschicht betrachtet werden. Der Vergleich des Temperaturfelds der Oberfl{\"a}che der durchl{\"a}ssigen Wand ohne Ausblasen in einer {\"a}ußeren Str{\"o}mung mit derjenigen mit Ausblasen hat gezeigt, dass die Wirkung der {\"a}ußeren Str{\"o}mung auf die umstr{\"o}mte Wand durch das Ausblasen nicht direkt am Anfang des Ausblasbereichs, sondern in einem Abstand davon voll verhindert wird. Infolge Wechselwirkung zwischen {\"a}ußerer Str{\"o}mung und dem Ausblasen, bildet sich {\"u}ber dem Ausblasbereich eine Zwischenschicht bzw. eine D{\"a}mpferschicht, die einen Energieaustausch zwischen der {\"a}ußeren Str{\"o}mung und der Oberfl{\"a}che durchl{\"a}ssiger Wand blockiert. Diese Zwischenschicht bildet sich nicht sofort am Anfang des Ausblasbereichs, sondern {\"u}ber einer Strecke, deren L{\"a}nge von der Ausblasrate abh{\"a}ngt.}, subject = {Reduzierung des Reibungsbeiwerts; Viskose Unterschicht; Mikro-Ausblasen; Skin friction reduction; Viscous sub layer; Microblowing; Turbulent boundary layer; Turbulente Grenzschicht; Turbulente Grenzschicht; Ausblasen; Reibungskoeffizient}, language = {de} }