Farbanstrichverfahren
Durch das Farbanstrichverfahren lassen sich die Trajektorien der Wandschub-spannungen (quasi-stationäre Strukturen) sichtbar machen. Nach ca. 20 min. An-strömung bei einer REYNOLDS-Zahl um 6*105 erhält man aussagefähige strichbilder mit deutlich ausgebildeten Wandschubspannungslinien. Die Farban-strichversuche werden bei sechs Klappenwinkeln αk = 0.0°, 10.0°, 12.5°, 15.0°, 17.5°
und 20.0° resp. α2.Sch = 90.0°, 80.0°, 77.5°, 75.0°, 72.5° und 70.0° durchgeführt.
Bild 41 zeigt die Wandschubspannungstrajektorien an der PVC-Seitenwand (s.
Bild 12) für die Klappenwinkel αk = 15.0°...20.0° resp. α2.Sch = 75.0°...70.0° bei sta-tionärer Strömung mit einer Schrittweite von 2.5°. Um die Vorderkante des Profils bildet sich der sogenannte Hufeisenwirbel (Separationslinie) aus. Der Wirbel ist von der Druckseite weiter abgerückt als von der Saugseite. Der Staupunkt S liegt auf der Druckseite des Profils auf dem Hufeisenwirbel. Die Zuströmung reagiert nicht mehr auf das metallene Profil, sondern auf einen durch den Hufeisenwirbel beran-deten virtuellen Körper. Die Seitenwandspaltströmung ist deutlich ausgebildet. Die Wandschubspannungstrajektorien werden von der Seitenwandspaltströmung abge-drängt. Die Seitenwandspaltströmung trifft auf den Hufeisenwirbel und lenkt diesen vom Profil ab. Dies verhindert ein Wiederanlegen der Grenzschichtströmung an das Profil. Die sich verengenden Wandschubspannungstrajektorien an der Profilhinter-kante zeigen, daß druckseitig eine Beschleunigung der Strömung stattfindet. An der Trennfläche zwischen Druck- und Saugseite orientieren sich die Wandschubspan-nungstrajektorien in Richtung des saugseitigen Abströmgebiets. Erhöht man den Umlenkwinkel um 2.5° und sogar um 5.0°, so ist erkennbar, daß der Hufeisenwirbel in seiner Erstreckung größer wird und der Staupunkt weiter auf die Druckseite wan-dert. Bild 42 zeigt die Wandschubspannungstrajektorien an der Seitenwand des
Ein-und Austrittsbereichs im Detail für zwei relevante Winkel entsprechend Bild 41a Ein-und c.
Die Wandschubspannungstrajektorien auf der Profiloberseite (Profilsaugseite) für die Klappenwinkel α2.Sch = 75.0°...70.0° bei stationärer Strömung mit einer Schrittweite von 2.5° sind in Bild 43 dargestellt. Der Verlauf der Trajektorien in Bild 43a deutet auf eine weitestgehend anliegende Strömung hin. Der Seitenwandgrenzschicht wird durch den Seitenwandspalt SS Material von der Druckseite zur Saugseite zu-geführt. Die Wandschubspannungstrajektorien sind deshalb auf der Saugseite zur Kanalmitte hin orientiert. Verändert man dagegen den Klappenwinkel um 2.5° auf α2.Sch = 72.5°, so erscheint auf der Saugseite ein deutliches Rückströmgebiet mit einer Separationslinie SL (Bild 43b). Die Wandschubspannungstrajektorien auf der Profilsaugseite zeigen zwei nahezu symmetrische Wirbelgebiete mit jeweils einem Wirbelkern WK. Dieses Rückströmgebiet verstärkt sich bei einer weiteren Änderung des Klappenwinkels um 2.5° auf α2.Sch = 70.0° (Bild 43c). Gegenüber Bild 43a hat sich die Strömung auf der Saugseite radikal verändert. Der linke WK orientiert sich deutlich weiter in Richtung Profilmitte, aufgrund der stärkeren SS-Strömung. Auffal-lend ist, daß dieser Wirbelkern WK durch die Wandspaltströmung durch den linken SS und die Hinterkantenumströmung seine Drehbewegung anfacht. Die Strömung ist gegenüber α2.Sch = 75.0° bei α2.Sch = 70.0° vollständig ab dem Vorkörper abgelöst.
Dies zeigt sich darin, daß die SL bis zum Klappenknie vorgedrungen ist. Die An-strichfarbe wird von der Hinterkante stromauf transportiert; in der Profilmitte wird sie entgegen der Hauptströmungsrichtung befördert. An den Seiten wird das Material von dem Wirbel aufgenommen.
Laser-Lichtschnitt-Verfahren
Die LLV-Messungen werden für fünf Schaufelwinkel α2.Sch = 80.0°, 77.5°, 75.0°, 72.5° und 70.0° durchgeführt. Bild 44 zeigt Partikelbewegungen in dem Lichtschnitt in der Distanz d über der Klappe, wie in Bild 34b dargestellt. Der Abstand d des Lichtschnitts von der Klappe beträgt 15 mm. Bei einem Klappenwinkel von α2.Sch = 77.5° verläuft die Strömung fast ungestört (Bild 44a). Die Strömung durch den Seitenwandspalt hat nur einen relativ geringen Einfluß auf die Hauptströmung.
Erhöht man den Klappenwinkel um 2.5° auf α2.Sch = 75.0°, so wird der Einfluß der Seitenwandspaltströmung auf die Hauptströmung stärker (Bild 44b). Die Strömung im seitenwandnahen Bereich wird zur Kanalmitte abgedrängt. Ist der Klappenwinkel weiter auf α2.Sch = 72.5° und sogar auf α2.Sch = 70.0° erhöht, so entwickelt sich, aus-gehend von der Seitenwandspaltströmung, ein relativ starkes Wirbelgebiet an der Hinterkante (Bild 44c und d). Die Strömung folgt im wandnahen Bereich nicht mehr der Hauptströmungsrichtung. Dieses Phänomen gleicht den Ergebnissen aus den Farbanstrichversuchen (s. Bild 43b und c).
Hier ist zu bemerken, daß der Lichtschnitt stets mit der Klappe parallel geführt wird, und sich im Distanzbereich d = 5...15 mm kein relevanter Unterschied im Richtungs-feld zeigt. Ebenso zeigt das Ergebnis für α2.Sch = 80.0° keinen relevanten Unter-schied zu α2.Sch = 77.5°.
In Bild 45 sind die Partikelbewegungen in einem Lichtschnitt (Mittelschnitt) auf der Saugseite für vier Klappenwinkel α2.Sch = 77.5°...70.0° bei stationärer Strömung mit einer Schrittweite von 2.5°.dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Strömung erst bei dem Klappenwinkel von α2.Sch = 70.0° (Bild 45d) von der Klappe ablöst, wobei erste Anzeichen schon bei einem Klappenwinkel von 72.5° (Bild 45c) zu erkennen sind.
Diese Ergebnisse sind mit numerisch gewonnenen Ergebnissen [125] vergleichbar (Bild 46). Vergleicht man die numerisch gewonnenen Ergebnisse mit den experi-mentellen Ergebnissen, so ist sowohl bei α2.Sch = 77.5° als auch bei α2.Sch = 70.0°
eine deutlich Übereinstimmung zu erkennen. Die numerischen Ergebnisse basieren auf einer Finiten-Volumen-Approximation der NAVIER-STOKES-Gleichung der Umströ-mung beliebig gestalteter Geometrien mit einem inkompressiblen Fluid unter Anwen-dung des k-ω-Turbulenzmodells. Die Ergebnisse der Laserlichtschnittaufnahmen bei einem wandnahen Lichtschnitt zeigen keine relevanten Unterschiede.
Wendet man das in Kap. 6.2 beschriebene Auswerteverfahren auf die Lichtschnitt-bilder an, so erhält man die in Bild 47 dargestellten NadelLichtschnitt-bilder der instationären Saugseitenumströmung für zwei relevante Klappenwinkel α2.Sch = 77.5° und 70.0°. In den Bildern 47a und b sind jeweils drei Einzelergebnisse in einem Lichtschnittbild für die erwähnten Klappenwinkel dargestellt. Hier liegt etwa eine Sekunde zwischen
den Einzelbildern. Dadurch ist der relativ starke instationäre Charakter der Ablösung an der Hinterkante erkennbar (Bild 47b). Deutlich wird hier auch der Einfluß der Strömungsablösung an der Hinterkante auf die Anströmung. In den Bildern 47c und d sind die berechneten arithmetischen Mittelwerte für zehn Lichtschnittaufnahmen des jeweiligen Klappenwinkels dargestellt. Diese Bilder zeigen die typischen Nadel-bilder einer Profilumströmung. Bekanntlich ist keine Aussage über die Orientierung der Nadeln möglich. Die Nadeln bilden die Strömungsrichtung relativ deutlich ab.
Laser-DOPPLER-Velocimetry
Die Darstellung der Ergebnisse der LDV-Messungen erfolgen für die Klappenwinkel α2.Sch = 90.0° (gestrecktes Profil) und 72.5° (Profil mit beginnender Strömungs-ablösung, Bild 45c). Die Geschwindigkeitsfelder werden, wie aus den Bildern 48...50 hervorgeht, in Form von Isotachen dargestellt. Helle Grauwerte kennzeichnen relativ hohe Geschwindigkeiten, dunkle Grauwerte zeigen Gebiete niedriger Geschwindigkeit. Die Gebietsgrenzen repräsentieren die eigentlichen Iso-tachen. Bild 48 zeigt die gemessene Geschwindigkeit vx in drei Ebenen y = -7522, 0 und 95 mm. Das Nahfeld des Profils ist ausgespart, da aufgrund von Abschattungen keine Messungen möglich sind. Für einen Klappenwinkel von α2.Sch = 90.0° bilden sich auf der Ober- und Unterseite nahezu identische Geschwindigkeitsbereiche aus (s. Bild 48a).
Bei einem Klappenwinkel von α2.Sch = 72.5° bildet sich auf der Saugseite des Profils folgendes typische Geschwindigkeitsfeld aus (s. Bild 48b). Der relativ dunkle Be-reich druckseitig vor der Eintrittskante zeigt das Staupunktsgebiet an. Die Strömung wird auf der Saugseite von 2.0 m/s auf maximal 3.0 m/s beschleunigt bis zu der Stelle, wo sich die maximale Dicke des BSP befindet. Diese Maximalgeschwindig-keiten treten in der Mittelschnittebene (y = 0 mm) auf, in den wandnahen Bereichen (y =95 mm und y = -75 mm) liegt die Geschwindigkeit unterhalb von 3.0 m/s. Das ist auf den Einfluß der Seitenwände zurückzuführen. Die Geschwindigkeitsverteilungen
22 Dieser negative Wert wurde aus Gründen anschaulicher Darstellung gewählt. Es wird davon ausge-gangen, daß das Geschwindigkeitsfeld symmetrisch zur Mittelschnittebene y = 0 mm ist.
werden in sieben Ebenen y = 0, 55, 75, 95, 115, 120 und 124 mm gemessen. Da keine wesentlichen Änderungen im Geschwindigkeitsfeld auftreten, reicht die Dar-stellung von drei repräsentativen Ebenen im Bild 48.
Das Bild 49 zeigt die Isotachen der gemessenen Geschwindigkeitskomponente vx in fünf Ebenen x = 0, 50, 100, 150 und 200 mm in Anlehnung an Bild 48. Die höchsten Geschwindigkeiten treten ebenfalls in der Mittelschnittebene (y = 0 mm) auf, in Richtung der Seitenwände nimmt die Geschwindigkeit durch den Einfluß der Seiten-wandgrenzschicht erwartungsgemäß ab. Im saugseitigen Eintrittsbereich ist die Aus-dehnung des Gebiets mit relativ hohen Geschwindigkeiten von 3.0 m/s erkennbar (Bild 49b). In Richtung der Austrittskante ist die Geschwindigkeitszunahme auf der Druckseite und die Geschwindigkeitsabnahme auf der Saugseite in ihrer Ausdeh-nung über den Meßstreckenquerschnitt sichtbar.
Bild 50 zeigt die mit der Anströmgeschwindigkeit v0 = 2.0 m/s normierte örtliche vx -Komponente des Geschwindigkeitsfeldes in den sieben Ebenen a...g (s. Bild 35) für den Klappenwinkel α2.Sch = 72.5°. Auf der Saugseite im Eintrittsbereich x = 0...40 mm ist in allen Ebenen eine Beschleunigung erkennbar. Mit dem Passieren des Klap-pengelenks tritt eine saugseitige Verzögerung ein. Dagegen wird die Strömung auf der Druckseite zur Austrittskante hin beschleunigt. An der Hinterkante tritt ein ver-hältnismäßig hoher Geschwindigkeitsgradient quer zur Strömung auf. Die normierte maximale Geschwindigkeit von 1.6 wird in der Mittelschnittebene (Bild 50a) erreicht.
In unmittelbarer Wandnähe beträgt die normierte maximale Geschwindigkeit nur noch 0.3 (Bild 50g). In den Ebenen c, d und e treten keine wesentlichen Unterschie-de im Feld Unterschie-der normierten örtlichen Geschwindigkeit auf (Bild 50c...e).
Die berechneten Isoklinen des Strömungswinkels α* sind für den relevanten Klap-penwinkel α2.Sch = 72.5° für zwei y-Ebenen a und b in Bild 51 dargestellt. Im Ein-trittsbereich x = 0...20 mm treten verhältnismäßig große positive Winkel bis 21.0° auf (Bild 51b). In beiden Ebenen tritt sowohl saugseitig als auch druckseitig keine Strö-mungsumlenkung (α* = 0.0°) im Bereich um x = 40 mm auf. In Richtung der Hinter-kante fallen die Winkel saugseitig auf –30.0° (Bild 51a) und druckseitig auf –12.0°
(Bild 51b) ab. Hinter der Austrittskante im Bereich x = 160...220 mm treten relativ große Winkeländerungen auf.
Digital-Particle-Image-Velocimetry, Autokorrelation
Die Vektorfelder der Strömungsgeschwindigkeit für die wandnahe Ebene y = 95 mm (Bild 36) bei sechs Klappenwinkeln α2.Sch = 90.0°, 80.0°, 77.5°, 75.0°, 72.5° und 70.0° sind in Bild 52 dargestellt. Bei gestreckter Klappe (Bild 52a) wird das BSP annähernd symmetrisch umströmt. Die relativ großen Geschwindigkeitsvektoren auf der Druckseite im Bereich von x = 160...230 mm sind auf Meßfehler (Signalrau-schen) durch zu geringe Datenraten und Abschattungen zurückzuführen. Wird der Umlenkwinkel der Klappe erhöht, so nehmen die Geschwindigkeiten auf der Saug-seite allmählich zu und die Ausdehnung des Gebiets wächst an. Das Gebiet unkon-trollierten Signalrauschens nimmt ab. Bei einem Klappenwinkel α2.Sch = 72.5°
(Bild 52e) beginnt saugseitig an der Hinterkante die lokale Strömungsablösung. Ab α2.Sch = 70.0° (Bild 52f) ist die Strömung vollständig von der Klappe abgelöst. Wird der Lichtschnitt in die Mittelschnittebene y = 0 mm positioniert, so erhält man die Vektorfelder der Strömungsgeschwindigkeit, die in Bild 53 für drei relevante Klap-penwinkel α2.Sch = 80.0°, 75.0° und 70.0° dargestellt sind. Die Geschwindigkeitswerte steigen von der wandnahen Ebene (Bild 52) bis zur Mittelschnittebene (Bild 53) deutlich in ihrer Größe an. Jedoch ist aufgrund der geringen Partikelkonzentration das Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) sehr hoch. Dies führt zu einer vergleichsweise hohen Meßunsicherheit. Qualitativ bilden sich die strömungstechnischen Phänome-ne dennoch deutlich ab. Durch die Erhöhung des Klappenwinkels von 80.0° auf 75.0° und schließlich auf 70.0° findet eine Verlagerung des Staupunktgebiets auf die Druckseite statt. Bei α2.Sch = 70.0° (Bild 53c) ist die Strömung erneut saugseitig an der Klappe abgelöst. Die berechneten Isotachen der wandnahen Ebene 95 mm sind im Bild 54 für die bereits genannten drei relevanten Klappenwinkel gezeigt. Erkenn-bar ist die Vergrößerung der Geschwindigkeiten im saugseitigen Eintrittsbereich x = 50...100 mm mit Erhöhung des Klappenwinkels. Die saugseitige Strömungsablö-sung an der Hinterkante bei einem Klappenwinkel von 70.0° (Bild 54c) macht sich durch erhöhte Geschwindigkeiten in diesem Bereich bemerkbar. Ist der Lichtschnitt in der Mittelschnittebene positioniert, so ergeben sich die Isotachen der Strömungs-geschwindigkeit wie in Bild 55 dargestellt. Durch das hohe SRV besitzen die
Ergeb-nisse, wie vorher die Vektorfelder, eine relativ große Meßunsicherheit. Die Ausdeh-nung des Staupunktgebiets ist dennoch deutlich abgebildet. Die Strömungsablösung an der Hinterkante ist durch den blauen Bereich gekennzeichnet. Auch die Ausbil-dung eines zweiten Staupunktgebiets auf der Druckseite im Bereich des Gelenks ist erkennbar.
Die Strömungswinkel und Stromlinien für die wandnahe Ebene y = 95 mm bei den Klappenwinkeln α2.Sch = 90.0, 80.0°, 77.5°, 75.0°, 72.5° und 70.0° sind in Bild 56 dargestellt. Im Abstand vom ∆z = 10 mm sind neun Stromlinien für jeden Klappen-winkel eingezeichnet. Die Strömungsablösung auf der Saugseite im Bereich Hinter-kante macht sich durch die größer werdenden Entfernungen der Stromlinien von der Klappe bemerkbar (Bild 56e und f). Die Isoklinen des Strömungswinkels sind in Bild 57 für die bereits genannten drei relevanten Klappenwinkel gezeigt. In der An-strömung ergibt sich ein Bereich mit Strömungswinkeln α*max = 16°. Durch Erhöhung des Klappenwinkels wächst das Gebiet in seiner Ausdehnung an. Im Bereich der Hinterkante erreicht der Strömungswinkel für den Klappenwinkel α2.Sch = 75.0° den Minimalwert α*min = –12° (Bild 57a). Wird der Klappenwinkel auf 75.0° und schließ-lich auf 70.0° erhöht, so sinkt saugseitig der Strömungswinkel α* von –16° (Bild 57b) auf –20° (Bild 57c).
Digital-Particle-Image-Velocimetry, Kreuzkorrelation
Bild 58 zeigt die aus 50 Einzelaufnahmen zeitlich gemittelten Strömungsgeschwin-digkeiten (Auswertefenster 64 x 64 Pixel) an der Klappe bei den Schaufelwinkeln α2.Sch = 90.0°, 80.0°, 75.0°, 72.5°, 70.0° und 67.5° im Mittelschnitt in Form von Isoli-nien und Vektoren. Da die Information der Geschwindigkeit in den Isoflächen und Isotachen enthalten ist, haben die Vektoren eine einheitliche Länge, um die Orientie-rung der Strömung zu verdeutlichen.
Bild 58a zeigt die Strömungsgeschwindigkeiten bei gestreckter Klappe. Wird der Klappenwinkel um 10.0° verändert, so erscheint auf der Saugseite in Höhe des Ge-lenks ein Gebiet mit Geschwindigkeiten zwischen 2.0 und 2.2 m/s (Bild 58b). Es läßt
sich in diesem Bild eine relativ schwache Hinterkantenumströmung feststellen. In Strömungsrichtung verringert sich die Geschwindigkeit auf der Saugseite der Klappe.
Erhöht man den Umlenkwinkel um 5° auf 75.0°, so wächst das Gebiet der relativ hohen Geschwindigkeiten am Klappengelenk deutlich an (Bild 58c und vergrößert Bild 59a). Die Hinterkantenumströmung nimmt weiter zu, und kurz vor der Hinter-kante ist auf der Saugseite der Beginn einer lokalen Ablösung zu identifizieren. Das Staupunktgebiet am Klappengelenk auf der Druckseite wächst an. Bei einer weiteren Erhöhung der Umlenkung um 2.5° auf 72.5° (Bild 58d und vergrößert Bild 59b) und dann auf 70.0° (Bild 58e und vergrößert Bild 59c), ist ein weiteres Anwachsen der Geschwindigkeiten auf der Saugseite im Bereich des Gelenks zu erkennen. An der Hinterkante tritt nun eine relativ starke Hinterkantenumströmung auf, die auf eine abgelöste Strömung an der Hinterkante hindeutet. Das Gebiet relativ niedriger Ge-schwindigkeiten auf der Druckseite am Gelenk nimmt weiter zu. In Richtung Hinter-kante beschleunigt die druckseitige Strömung auf ca. 2.2 m/s. Die abgelöste Strö-mung auf der Saugseite, markiert durch die dunkelblaue Farbe, nimmt nun 2/3 der Klappenlänge ein (Bild 58e). Bei einer weiteren Steigerung des Klappenwinkels auf 67.5° hat die Ablösung fast das Klappengelenk erreicht (Bild 58f und vergrößert Bild 59d). Auf der Profilsaugseite steht ein relativ großer Wirbel, und das Gebiet relativ hoher Geschwindigkeiten wächst weiter an. Die Strömung folgt nicht mehr der Klappenkontur. Auf der Druckseite vergrößert sich das Gebiet mit niedrigen Ge-schwindigkeiten. Zur genaueren Betrachtung dieses Ergebnisses werden, wie bereits erwähnt, dieselben Bilder mit einem kleineren Auswertefenster von 32 x 32 Pixel berechnet und in Bild 59 gezoomt dargestellt.
Bild 60 zeigt die Isoklinen der Strömung für dieselben Klappenwinkel wie in Bild 58.
Bei gestrecktem Profil existiert praktisch keine Umlenkung der Strömung durch das Profil (Bild 60a). Bei einem Klappenwinkel von 80.0° werden lokal im Bereich der Hinterkante 10.0° Strömungsumlenkung erreicht. Bei einer weiteren Steigerung des Klappenwinkels auf 75.0 und dann auf 72.5° existiert auf der Saugseite an der Hin-terkante eine Strömungsumlenkung von maximal 22.0° (Bilder 60c und d). Der grau hinterlegte Bereich kennzeichnet das Wirbelgebiet, in dem aufgrund relativ großer Gradienten keine Aussage über den Strömungswinkel möglich ist. Bei einem Klap-penwinkel von 70.0° wachsen die Strömungswinkel α* betragsmäßig weiter an.
Durch die beginnende Ablösung auf der Saugseite an der Hinterkante vergrößert
sich auch das Wirbelgebiet (Bild 60e). Auf der Druckseite werden lokal ca. 14.0°
Strömungsumlenkung erreicht. Eine weitere Steigerung des Klappenwinkels auf 67.5° vergrößert das Wirbelgebiet an der Hinterkante erheblich (Bild 60f). Im Be-reich des Vorkörpers liegt die Strömungsumlenkung bei 0.0°, d.h. die Rückwärtswir-kung der umlenkenden Klappe ist in diesem Bereich relativ gering. Nach Passieren der Hinterkante verliert die Klappe ihren Einfluß auf die Strömungsumlenkung. Dies ist damit zu erklären, daß die Einzelklappe nur lokal auf das Nahfeld des Profils wir-ken kann, im Gegensatz zu einem Gitter, daß im Leitradbereich über den gesamten Radumfang der Strömung die Umlenkung aufprägt. Mit einer derartigen Wirkung, daß eine bleibende Umlenkung hinter dem Gitter bestehen bleibt.
Die Isotachen und Orientierungen der Strömungsgeschwindigkeit und die Isoklinen des Strömungswinkels im Bereich der Eintrittskante sind in Bild 61 für den reprä-sentativen Klappenwinkel α2.Sch = 70.0° dargestellt. Hierbei wird die Rückwärtswir-kung der ausgelenkten Klappe auf die Strömung deutlich. Die beiden Staupunktsge-biete, auf der Druckseite im Bereich der Eintrittskante und im Bereich des Gelenks, bilden sich durch die dunkle blaue Farbe ab (Bild 61a). Kurz nach dem Passieren der Eintrittskante tritt auf der Saugseite ein Gebiet mit einer deutlichen Geschwindig-keitserhöhung auf. Der Strömungswinkel erreicht vor der Eintrittskante in der An-strömung Werte von –26° (Bild 61b).
7.2 Stationäre Strömung um feststehendes Versuchsprofil bei Klappenwin-kelvariation mit Spalt
Farbanstrichverfahren
Bild 62 zeigt die Wandschubspannungstrajektorien an der Seitenwand und der Pro-filsaugseite für den relevanten Klappenwinkel α2.Sch = 70.0° bei stationärer Strömung mit Spalt zwischen Vorkörper und Klappe. An der Seitenwand bildet sich um die Vorderkante des Profils wieder der sogenannte Hufeisenwirbel aus. Der Wirbel ist von der Druckseite deutlicher abgerückt als von der Saugseite. Der Staupunkt S liegt bei diesem Klappenwinkel in der druckseitigen Strömung auf dem Hufeisenwir-bel. Die Seitenwandspaltströmung SS ist deutlich ausgebildet. Die
Wandschub-spannungslinien werden von der Seitenwandspaltströmung abgedrängt. Es trifft die Seitenwandspaltströmung in der Separationslinie auf den Hufeisenwirbel und lenkt diesen vom Profil ab. Dies verhindert ein Wiederanlegen der Grenzschichtströmung an das Profil. Hinter der Austrittskante strömt die Wandgrenzschicht in Richtung der saugseitigen Separationslinie. Die sich verengenden Wandschubspannungslinien an der Profilhinterkante zeigen, daß druckseitig eine Beschleunigung der Strömung stattfindet. An der Trennlinie zwischen druck- und saugseitiger Strömung orientieren sich die Wandschubspannungslinien in Richtung des saugseitigen Abströmgebiets.
Es zeigt sich an der Seitenwand kein markanter Unterschied zu den Ergebnissen aus Kap. 7.1 ohne Spalt zwischen Vorkörper und Klappe. Betrachtet man jedoch das Ergebnis auf der gesamten Saugseite des Profils (Bild 62b), so ist ein deutlicher Unterschied erkennbar (vergleiche Bild 62b mit Bild 43c). Befindet sich zwischen Vorkörper und Klappe ein Spalt, so löst die Strömung erst deutlich weiter stromab von der Klappe ab (Bild 62b). Es bilden sich keine symmetrischen Wirbelgebiete aus, jedoch sind zwei Wirbelkerne WK identifizierbar. Die Separationslinie SL liegt in der Mitte des Profils weiter stromab. Die Rückströmung von der Hinterkante zur Se-parationslinie ist deutlich ausgebildet. Die Linien auf dem Vorkörper deuten auf eine gleichmäßige Zuströmung hin.
Digital-Particle-Image-Velocimetry, Kreuzkorrelation
Der Einfluß, den der Spalt (Bild 15, Spaltweite 3 mm, Spaltwinkel 56°) zwischen Vorkörper und Klappe auf die Strömung ausübt, ist in Bild 63 in Form von Isolinien und Vektoren dargestellt. Da hier ebenfalls die Information der Geschwindigkeit in den Isoflächen und Isotachen enthalten ist, werden die Vektoren wieder mit einheitli-cher Länge als Orientierung dargestellt. Der Spalt wird durch die grauen Linien im BSP angedeutet.
Bild 63a zeigt die zeitlich gemittelten Strömungsgeschwindigkeiten an der Klappe bei einem Klappenwinkel α2.Sch = 90.0°. Das Ergebnis ist vergleichbar mit dem aus Kap. 7.1 (Bild 58a). Der Spalt hat eine vernachlässigbare Auswirkung auf die Strö-mung beim Profil mit gestreckter Klappe. Wird der Klappenwinkel ebenfalls um 10.0°
erhöht, so bildet sich ein vergleichbares Geschwindigkeitsfeld aus. Wobei hier schon
erkennbar ist, daß das Gebiet mit relativ hohen Geschwindigkeiten im Bereich des Gelenks in der räumlichen Ausdehnung geringer ist (vgl. Bild 63b mit Bild 58b).
Eine weitere Erhöhung des Klappenwinkels auf 75.0° und schließlich auf 72.5° liefert
Eine weitere Erhöhung des Klappenwinkels auf 75.0° und schließlich auf 72.5° liefert