Mehrkomponenten-Laser-Doppler-Anemometer-Messungen in einer drallbehafteten Rohr- und Brennkammerströmung

Abstract

Drallbehaftete Strömungen spielen sowohl in der Technik als auch in der Natur eine wichtige Rolle. Es handelt sich hierbei um rotationssymmetrische Strömungen mit einer von Null verschiedenen Umfangsgeschwindigkeit. Angewendet werden sie zum Beispiel in Turbinen, Hochöfen, Benzin- und Dieselmotoren etc.. Durch das Hinzufügen von Drall bei Strahlströmungen wird der Strahl aufgeweitet und verstärkt Umgebungsluft in den Strahl eingebracht. Ab einer bestimmten Stärke des Dralls sind die induzierten Druckgradienten groß genug, um das Fluid auf der Symmetrieachse zum Zurückströmen zu zwingen. Es entsteht die sogenannte zentrale toroidale Rückströmzone, die bei der Stabilisierung von Brennerflammen eine wichtige Rolle spielt, da sie für eine Rezirkulation der Verbrennungsprodukte sorgt und eine Zone entstehen läßt, in der Strömungs- und Flammengeschwindigkeit eine ähnliche Größe besitzen. Eine komplette Beschreibung der Strömung durch Theorie und Numerik ist aufgrund der Komplexität der Strömung noch nicht gelungen. In dieser Arbeit werden Untersuchungen an einer geometrisch stark vereinfachten Dralldüse mit Hilfe der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) durchgeführt. Mit dieser berührungslos arbeitenden Meßtechnik ist es möglich, das Strömungsfeld mit einer sowohl zeitlich als auch räumlich sehr hohen Auflösung zu erfassen. Es ist gelungen, aus den Schwankungsgrößen den rein periodischen Anteil, der durch den präzessierenden Wirbelkern verursacht wird, von dem nicht-periodischen, ''rein turbulenten'' Anteil zu trennen. Mittels Zweipunktkorrelationsmessungen wurde das integrale Längenmaß an unterschiedlichen Positionen in der Düsenscherschicht bestimmt.