title: Laserspektroskopische Untersuchungen laminarer Grenzschichten turbulenter Strömungen mit Hilfe molekularer Marker
creator: Saldern, Johann von
subject: 540
subject: 540 Chemistry and allied sciences
description: Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst ein Strömungskanal zur Untersuchung einer statistisch stationären turbulenten Strömung aufgebaut. Der Kanal besteht aus einem Beobachtungsbereich einer Länge von 18 cm, der so konstruiert ist, dass die Bodenplatte des Kanals problemlos ausgetauscht und durch Platten unterschiedlicher Beschaffenheit ersetzt werden kann. Durch ein sehr großes Seitenverhältnis (Faktor 12) ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit nur in Abhängigkeit der Höhe über der Bodenplatte. In dem Strömungskanal lassen sich turbulente Luft- und Stickstoffströmungen bei Reynolds-Zahlen zwischen Re = 6000 und 15500 mit korrespondierenden mittleren Maximalgeschwindigkeiten zwischen 18 und 47 m/s realisieren.  Unter Anwendung der am Physikalisch-Chemischen Institut entwickelten Strömungsmarkierungstechnik wurden, basierend auf der Erzeugung von linienförmigen Stickstoffmonoxid-Strukturen, verschiedene turbulente Strömungen untersucht. Die bestehende Technik wurde dahingehend weiterentwickelt, dass die Erzeugung einer Struktur aus drei parallelen NO-Linien möglich ist. Ein detaillierter Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit einer am Interdisziplinären Zentrum für wissenschaftliches Rechnen der Universität Heidelberg ausgeführten direkten numerischen Simulation (DNS) zeigt eine sehr gute Übereinstimmung der Verschiebung und der großskaligen Verformung der erzeugten Linienstrukturen durch die turbulente Strömung.  Zum Vergleich der in der Simulation initialisierten Turbulenz mit der im Experiment realisierten Strömung wurden simultane Messungen der Linienverschiebung mit Hilfe der Strömungsmarkierungstechnik und des 2-dimensionalen Strömungsgeschwindigkeitsfeldes unter Einsatz der Particle Image Velocimetry (PIV) durchgeführt.  Um die in der DNS dargestellte zeitliche Entwicklung der Turbulenzstrukturen experimentell verifizieren zu können, wurde anschließend ein System zum mehrfachen Nachweis einer erzeugten Stickstoffmonoxid-Linie aufgebaut. Experimente zum doppelten Nachweis einer Linienstruktur ermöglichen einen Vergleich der zeitlichen Entwicklung der Linienstruktur zwischen Experiment und Simulation. Die zeitliche Entwicklung selbst kleinskaliger Strukturänderungen lässt sich mit dem aufgebauten System erfolgreich nachweisen. Das Verfahren ermöglicht außerdem die Bestimmung der Dicke der Geschwindigkeitsgrenzschicht, d.h. des Bereiches der größten Geschwindigkeitsänderung zwischen Wand und turbulenter Pfropfenströmung in der Kanalmitte. Aus dem beobachteten Transport der Linie in dieser Geschwindigkeitsgrenzschicht wurde die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit vom Wandabstand bestimmt.  Parallel dazu wurden unterschiedliche Verfahren zur inhomogenen Strömungsdotierung mit molekularen Tracern angewandt. Die Verfahren ermöglichen zum einen, ausschließlich die Grenzschicht mit Naphthalin und Stickstoffmonoxid zu markieren und zum anderen eine Wolke aus Stickstoffmonoxid-Molekülen in der turbulenten Strömung zu verfolgen. Durch die in der Strömung entstehenden Konzentrationsgradienten erlauben diese Verfahren jeweils die Identifizierung der reibungsbestimmten Grenzschicht direkt an der Wand, eine Visualisierung des diffusiven Spezies-Transportes durch diese Grenzschicht hindurch und eine Visualisierung des turbulenten Spezies-Transportes aus dieser Grenzschicht in die turbulente Strömung hinein. 
date: 2003
type: Dissertation
type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
type: NonPeerReviewed
format: application/pdf
identifier: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserverhttps://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/3703/1/vonSaldernDissertation.pdf
identifier: DOI:10.11588/heidok.00003703
identifier: urn:nbn:de:bsz:16-opus-37033
identifier:   Saldern, Johann von  (2003) Laserspektroskopische Untersuchungen laminarer Grenzschichten turbulenter Strömungen mit Hilfe molekularer Marker.  [Dissertation]     
relation: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/3703/
rights: info:eu-repo/semantics/openAccess
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language: ger