Einfluss von Strouhal-Zahl, Geschwindigkeitsverhältnis, und Phasenkorrelation auf Ablösekontrolle mit räumlich oszillierenden Strahlen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Nayeri
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442206407

Der effektive und effiziente Einsatz von räumlichen oszillierenden Strahlen, zur Strömungskontrolle wurde bereits eindrucksvoll gezeigt. Die Strahlen werden durch fluidische Oszillatoren erzeugt, welche dafür keine beweglichen Teile benötigen und daher besonders attraktiv für Anwendungen sind. Die Gründe für die hohe Wirksamkeit räumlich oszillierender Strahlen in der Strömungskontrolle sind noch weitestgehend unbekannt, da die Dreidimensionalität und zeitliche Unstetigkeit des Strömungsfeldes in Verbindung mit hohen Oszillationsfrequenzen und Geschwindigkeiten experimentelle und numerische Untersuchungen herausfordernd macht. Die Kenntnis der zugrundeliegenden Mechanismen ist jedoch notwendig um ein physikalisches Verständnis aufzubauen und darauf basierend Anwendungen optimieren zu können. In früheren Arbeiten wurden bereits das fundamentale Strömungsfeld eines räumlich oszillierenden Strahls untersucht und Strömungsphänomene identifiziert, welche mögliche Gründe für die Effektivität räumlich oszillierender Strahlen in der Strömungskontrolle sein könnten. Allerdings sind einige Fragen offengeblieben, welche für die Strömungskontrolle von entscheidender Bedeutung sind. In der vorliegenden Studie werden diese Fragen geklärt, indem die Auswirkung ausgewählter Parameter auf das Strömungsfeld mehrerer miteinander interagierender, oszillierender Strahlen untersucht wird. Diese Parameter sind die Strouhal-Zahl, das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Strahl und Querströmung und die Phasensynchronisation benachbarter Oszillatoren. Es wird erwartet, dass verschiedene Kombinationen dieser Parameter zu vielseitigen Strömungsfeldern führen. Diese Parameterkombinationen werden hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bei der Ablösekontrolle mit Hilfe eines einfachen, fundamentalen Szenarios bewertet.Für die Experimente werden fluidische Oszillatoren in einem Windkanal platziert. Die oszillierenden Strahlen schwingen zufällig oder mit bestimmten Frequenzen und Phasenversätzen synchronisiert. Die dreidimensionalen, zeitaufgelösten Strömungsfelder werden mit einem beweglichen "Stereo Particle Image Velocimetry" System in Kombination mit Phasenmittelungstechniken und Datenanalyseverfahren untersucht. Darüber hinaus werden Wanddruckmessungen durchgeführt, um die Wirksamkeit der Strahlen bei der Ablösekontrolle zu quantifizieren.Die Resultate werden die zugrundeliegenden Mechanismen hinter der Effektivität räumlich oszillierender Strahlen in der Ablösekontrolle identifizieren. Zusätzlich werden die wichtigsten Strömungsphänomene und deren Einfluss auf die Wirksamkeit der Ablösekontrolle identifiziert und quantifiziert. Der fundamentale Charakter der Studie wird die Übertragung dieser Resultate auch auf weitere Anwendungen der Strömungskontrolle ermöglichen. Die Ergebnisse der Studie dienen daher als Grundlage für die Optimierung von Anwendungen, die Validierung numerischer Berechnungen und als Basis zukünftiger Studien zur Untersuchung des Einflusses weiterer Parameter.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Christian Oliver Paschereit