Die Interaktion zwischen einem räumlich oszillierenden Strahl und einer Querströmung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Oliver Paschereit
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289230680

Ein Strahl im Querstrom ist ein fundamentales Strömungsszenario, welches in verschiedensten Bereichen, wie Brennstoffmischung in Brennkammern, Filmkühlung von Turbinenschaufeln oder aktive Strömungsbeeinflussung, Anwendung findet. Bisherige Forschungen an diesem Thema lieferten bereits einen detaillierten Einblick in das Strömungsfeld eines stationären Strahles eingedüst in eine Querströmung. Neuere Studien untersuchen den Einsatz von räumlich oszillierenden Strahlen in einer Querströmung, welche durch fluidische Oszillatoren erzeugt werden. Fluidischen Oszillatoren haben den großen Vorteil, dass die Oszillation allein durch die interne Strömungsdynamik verursacht wird und somit auf bewegte Teile verzichtet werden kann. In den letzten Jahren wurde eindrucksvoll gezeigt, dass diese räumlich oszillierenden Strahlen erhebliche Vorteile bei Anwendungen wie der Mischung und der aktiven Strömungskontrolle aufweisen. Allerdings gibt es, abgesehen von einigen Hinweisen abgeleitet von rudimentären Strömungsvisualisierungen, noch immer keine Erklärung für die positive Wirkung. Diese Information ist jedoch essentiell für das grundlegende Verständnis und einen zielführenden Optimierungsprozess von Anwendungen. Die Dreidimensionalität und Instationärität des Strömungsfeldes in Verbindung mit hohen Oszillationsfrequenzen und Geschwindigkeiten führen dazu, dass numerische und experimentelle Studien schwierig sind. In dieser Arbeit wird eine experimentelle Untersuchung des grundlegenden inkompressiblen Strömungsfeldes eines räumlich oszillierenden Strahls in Interaktion mit einer Querströmung vorgenommen. Der Strahl wird von einem fluidischen Oszillator in einem Windkanal erzeugt. Strömungsvisualisierung wird für einen ersten qualitativen Einblick im Strömungsfeld genutzt. Ein bewegliches sterescopic particle image velocimetry System erlaubt, zusammen mit bestehenden Phasenmittelungsmethoden, die Aufnahme des dreidimensionalen, zeitaufgelösten Strömungsfeldes. Die quantitativen Daten (z.B. Trajektorien, Wirbelstärken oder Strömungsmerkmale) werden mit, in der Literatur vorhandenen, Daten von stationären Strahlen verglichen. Es wird erwartet, dass dieser Vergleich die bisher unbekannte Ursache für die gute Eignung von räumlich oszillierenden Strahlen erklären kann und sich möglicherweise neue Anwendungsgebiete ableiten lassen. Durch die Komplexität des Themas ist eine Reduzierung der großen Parameteranzahl notwendig. Es wird der Einfluss von Geschwindigkeitsverhältnis, Oszillationsfrequenz und Ausblaswinkel untersucht. Diese Parameter wurden nach ihrer Wichtigkeit für Anwendungen ausgesucht. Das Projekt stellt die erste experimentelle Untersuchung der dreidimensionalen, zeitaufgelösten Interaktion zwischen einem räumlich oszillierenden Strahl und einer Querströmung dar. Die Ergebnisse dienen als Basis für Anwendungsoptimierungen, Validierung numerischer Berechnungen und zukünftige Studien, welche den Einfluss weiterer Parameter analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Dr. René Woszidlo