Strömungsanalysen zur Erfassung von Struktur und Dynamik turbulenter Nachlaufströmungen
Mario Jensch
Die Umströmung stumpfer Körper mit einer einhergehenden Analyse des turbulenten Nachlaufs zählt zu den klassischen Herausforderungen der Strömungsmechanik. Für den Fall großer Reynoldszahlen sind die im Nachlauf eines einseitig begrenzten Kreiszylinderstumpfes entstehenden charakteristischen Strömungsstrukturen vergleichbar derer, wie sie in Natur und Technik häufig zu beobachten sind. Als Beispiel sei hier die Gebäudeaerodynamik, die Aerodynamik von Fahrzeugen sowie deren Anbauteile zu nennen. Eine Optimierung hinsichtlich akustischer und energetischer Parameter ist nur über ein eingehendes Verständnis der instationären Strömungsphysik zu erreichen.
Am Beispiel eines einseitig begrenzten Kreiszylinderstumpfes werden verschiedene Methoden zur qualitativen und quantitativen Auswertung der hochkomplexen Dynamik von großskaligen Wirbelstrukturen entwickelt. Deren Leistungsfähigkeit wird am benannten Versuchsobjekt demonstriert. Hierzu werden experimentelle Ergebnisse verschiedener moderner laseroptischer Messverfahren herangezogen. Eine tiefgründige Analyse der Daten bringt neue Erkenntnisse bezüglich der Interaktion von Grobstrukturen im Nachlauf des einseitig begrenzten Kreiszylinderstumpfs. Des Weiteren wird das Potential der Analysewerkzeuge am Beispiel einer Automobilumströmung aufgezeigt. Aus dem numerisch simulierten Nachlauf dieses aerodynamisch ausgereiften Körpers lassen sich kohärente periodische Wirbelstrukturen klar extrahieren. Diese prägen ihrerseits Kräfte auf die Karosserie auf und haben somit ihren Anteil am Kraftstoffverbrauch.
Das Buch richtet sich an Bau- und Maschinenbauingenieure sowie Strömungsmechaniker und Aeroakustiker aus dem Bereich der Luft- und Raumfahrt und des Fahrzeugbaus.
