@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} } @misc{Hasanuzzaman2014, type = {Master Thesis}, author = {Hasanuzzaman, Gazi}, title = {Experimental investigation and CFD analysis of wind energy estimation considering building integrated ducts}, doi = {10.26127/BTUOpen-6192}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-61928}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Wind energy is a growing concern over the present awareness of lethal impact of green house gas emission. This energy source has been proven a promising alternative to fossil fuel based energy. Increased onshore wind capacity and decreased amount of low roughness wind sites has inspired the wind energy researchers to explore the possibilities of wind energy from high roughness sites such as urban area. Moreover, exhausted grid capacity between the wind energy producer from remote area and the consumer at city is also a major constrain for wind energy expansion. Driven by such motivation, this thesis has explored possibilities of wind energy conversion from buildings where energy is needed the most. Urban topography is known to be highly turbulent region considering its roughness characteristics. Wind energy yield from urban aerodynamics is a vast arena of experimental research. Within the time frame of the thesis period and available opportunities, a brief description about the wind energy assessment modelling approach from urban flow was outlined. There are several possibilities of wind energy yield from the built structure, but only building integrated duct was focused in this thesis. Time-averaged and global wind speed on the building integrated ducts, flow around the buildings was measured from wind tunnel and numerical analysis. Available wind energy yield and turbulence present in the locations measured from the flow was calculated based on the wind tunnel data and summarized with the pros and cons of the particular geometry. Elliptical duct configuration was found to achieve maximum energy yield from the omnidirectional free stream flow. However, simple rectangular duct configuration was determined as most efficient and optimized considering its simplicity, financial feasibility and relative energy yield with other duct configuration. The thesis also showed that on roof configuration is also very promising for wind energy exploration from the omnidirectional free stream flow. Necessary recommendations were made based on available result for future development of the research approach. Scope and opportunities was mentioned. This investigation has proved that it is possible to extract limited amount of wind energy from building augmented ducts using concentrator effect of the building exterior. Thus, the thesis concluded that the wind energy yield from building augmented ducts using the concentrator effect of the building exterior is a promising renewable energy source.}, subject = {Atmospheric boundary layer; Wind energy; Laser Doppler Anemometry; Numerical simulation; Computational Fluid Mechanics; Atmosph{\"a}rische Grenzschicht; Windenergie; LDA; Numerische Simulation; Windkanal; Windenergie; Windkanal; Atmosph{\"a}rische Grenzschicht; Laser-Doppler-Anemometrie; Numerische Str{\"o}mungssimulation}, language = {en} }