Directly to content
  1. Publishing |
  2. Search |
  3. Browse |
  4. Recent items rss |
  5. Open Access |
  6. Jur. Issues |
  7. DeutschClear Cookie - decide language by browser settings

Luft- und wasserseitige Strömungsverhältnisse im ringförmigen Heidelberger Wind-Wellen-Kanal (Aeolotron)

Bopp, Maximilian

English Title: Flow Conditions in Water and Air in the annular Wind-Wave Tank in Heidelberg (Aeolotron)

This is the latest version of this item.

[img]
Preview
PDF, German Print-on-Demand-Kopie (epubli)
Download (3MB) | Lizenz: Print on Demand

Citation of documents: Please do not cite the URL that is displayed in your browser location input, instead use the persistent URL or the URN below, as we can guarantee their long-time accessibility.

Abstract

In dieser Arbeit wurden erstmalig die luft- und wasserseitigen Strömungsverhältnisse im Heidelberger Aeolotron, einem ringförmigen Wind-Wellen-Kanal mit 10m Durchmesser, durch systematische Strömungsmessungen charakterisiert. Die windinduzierte Schubspannungsgeschwindigkeit, welche einen zentralen Parameter darstellt, wurde mit einer erweiterten Impulsbilanzmethode bestimmt. Dazu wurden die Reibungsverhältnisse an den Kanalwänden anhand von Geschwindigkeitsmessungen mit einer akustischen Strömungsmesssonde genauer untersucht. Für die Windmessung wurde ein Pitotrohr an einer dafür entworfenen automatischen Verschiebeeinheit angebracht. Die Messungen weisen eine schraubenförmige Strömung nach, die sich von oben hinter dem Windantrieb an der äußeren Kanalwand entlang nach unten verlagert und sich dann an der Wasseroberfläche bis zur inneren Kanalwand ausbreitet. Eine Abschätzung der räumlichen Verteilung der Schubspannungsgeschwindigkeit liefert lokale Abweichungen bis zu 20%. Das Strömungsfeld im Wasser besitzt eine ausgeprägte Sekundärströmung und stark erhöhte Geschwindigkeiten an der äußeren Wand. Die Struktur des Strömungsfeldes hängt von den Windverhältnissen ab, was sich auf nicht triviale Weise auf die Wandreibung auswirkt. Um den zusätzlichen Einfluss der Wellen zu untersuchen, wurde ein empirischer Parameter eingeführt. Die Impulsbilanzmethode wurde um eine instationäre Lösung erweitert und damit die Schubspannungsgeschwindigkeit bestimmt. Durch systematische Messungen konnte die geschwindigkeitsabhängige Wandreibung im Wasser ermittelt und durch die Wassergeschwindigkeit parametrisiert werden. Anhand von Messungen der Wellenhöhe und Wassergeschwindigkeit, die einen großen Bereich an Windgeschwindigkeiten abdecken, wurde der Einfluss von zwei Konzentrationen der oberflächenaktiven Substanz TritonX-100 auf die Wellenhöhe und auf die Schubspannungsgeschwindigkeit dargestellt.

Translation of abstract (UNSPECIFIED)

The flow conditions in water and air in the large circular wind-wave flume in Heidelberg (Aeolotron) with 10m diameter were characterized for the first time in this work. The wind-induced friction velocity was determined as a central parameter with an extended momentum-balance-method. For this purpose, the friction on the walls of the tank was examined by velocity-measurements with an acoustic velocimeter. To measure the windspeed, a pitot-tube was mounted on an automatic translation stage. The measurements indicate a spiral flow pattern, starting behind the windgenerator, moving downwards along the outer wall, and spreading to the inner wall near the water surface. An estimation of the friction velocity distribution yields local deviations of up to 20%. The flow field in the water shows a secondary flow pattern and increased velocities near the outer wall. Its structure strongly depends on wind conditions and thereby influences the friction at the walls in a non trivial way. To study the additional impact of wave motion, an empirical parameter was introduced. The momentum-balance-method was extended by an instationary solution and used to detemine the friction velocity. By systematic measurements, the velocity dependent wall friction could be determined and a parametrization could be established. Based on wave height and water velocity, measured over a large range of windspeeds, the influence of two different concentrations of the surfactant TritonX-100 on waves and friction velocity was investigated.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Jähne, Prof. Dr. Bernd
Place of Publication: Heidelberg, Deutschland
Date of thesis defense: 1 April 2014
Date Deposited: 16 Jul 2014 09:33
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics

Available Versions of this Item

About | FAQ | Contact | Imprint |
OA-LogoDINI certificate 2013Logo der Open-Archives-Initiative