Bachelorarbeit Martin Cardaun

 

Experimentelle Untersuchung der Eigenschaften eines querangeströmten radialen turbulenten Freistrahls in einer Kanalgeometrie

Im Rahmen dieser Arbeit wird das Strömungs- und Induktionsverhalten eines Freistrahls in einer
Kanalgeometrie mit veränderlichem Diffusorwinkel untersucht. In dem bereits vorhandenen Prüfstand
wird das Induktionsverhältnis unter Verwendung der Nulldruckmethode bestimmt. Durch
die Implementierung einer Regelung für den Sekundärluftvolumenstrom wird es möglich, in der
Sekundärluftöffnung künstliche Druckverluste vorzugegeben, wodurch der Einfluss verschiedener
Wärmeübertragergeometrien simuliert werden kann. Das Strömungsverhalten in der Kanalgeometrie
wird mit derMethode der stereoskopischen Particle Image Velocimetry (2D3C-PIV) untersucht.
Der Prüfstand besteht aus einer runden Düse, durch welche Luft in den Strömungskanal strömt.
Dieser weist an der oberen Wand eine Öffnung der variablen Länge Lind auf. Durch diese Öffnung
strömt das induzierte Fluid. Es wird zunächst untersucht, wie sich das Öffnungsverhältnis Lind /D
bei einer Reynoldszahl von Re Æ 10000 und einem Höhenverhältnis von H/D Æ 15 auf das Induktionsverhältnis
I auswirkt. Das Induktionsverhältnis ist das Verhältnis der Volumenströme von Sekundärluft
und Primärluft. Dabei zeigt sich eine monotone Zunahme mit dem Öffnungsverhältnis.
Bei der Variation des Bodenwinkels ¯ wird für Lind /D Æ 10...35 ein Maximum des Induktionsverhältnisses
bei ¯ ¸ 0± gefunden.DerWinkel, bei dem dasMaximum auftritt, steigt mit dem Öffnungsverhältnis
an. Zu größeren Winkeln hin verschlechtert sich das Induktionsverhältnis deutlich. Die
optische Analyse der Strömung zeigt charakteristischeWirbel im Kanal. Der Strahl wird zur unteren
Wand hin abgelenkt. Mit steigendem Bodenwinkel wird eine Abnahme der Anlegelänge beobachtet.
Weiterhin wird der Einfluss eines Druckverlustes in der Induktionsebene in einem Bereich von
Lind /D Æ 4...20 und Re Æ 3000...10000 untersucht. Es zeigt sich, dass eine höhere Reynoldszahl bei
einem Druckverlust ein höheres Induktionsverhältnis zur Folge hat. Eine Erhöhung des Öffnungsverhältnisses
verbessert ebenfalls die Induktion. Bei der optischen Analyse der Strömung ist zu erkennen,
dass hohe Geschwindigkeiten aufgrund der geringeren Vermischung bis weiter stromab
erhalten bleiben. Der Strahl wird hier nicht zur unterenWand hin abgelenkt, da der Impuls des von
oben induzierten Fluides geringer ist. Die Einströmbedingung der Sekundärluft wird untersucht.
Es zeigt sich bei einer geringeren Umlenkung der Strömung an einer Kante der Induktionsöffnung,
dass diese in einem Bereich des Öffnungsverhältnisses von Lind /D · 17 einen Einfluss auf die Induktion
hat.