Einfluss des Anstellwinkels auf den konvektiven Wärmeübergang von angeströmten frei rotierenden Scheiben

Ziel des von der DFG geförderten Forschungsvorhabens ist es, anhand geeigneter Messungen die zugrundeliegende Physik der Anströmung rotierender Scheiben zu untersuchen. Neben der Reynoldszahl der Anströmung und Rotation ist der Anströmwinkel die wichtigste zu untersuchende Variable. Aus Messungen des lokalen Wärmeübergangs ist es möglich, Rückschlüsse auf das vorhandene Strömungsregime zu ziehen. Messungen mit einem Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) System sowie Large-Eddy-Simulationen (LES) sind wichtige Eckpfeiler der Untersuchungen.

Die überströmte Platte und Staupunktströmung sind in der Literatur gut untersuchte und bekannte Phänomene. In bisherigen Arbeiten wurden Messungen für diskrete Anströmwinkel 0, 20, 30 und 90 Grad durchgeführt. Eine detaillierte und systematische Untersuchung im Bereich zwischen 0 und 90 Grad stellt unbekanntes Neuland dar. Für diesen Zweck wurde in Zusammenarbeit mit der Firma MMe eine Versuchsapparatur konstruiert, mit der umfangreiche teilautomatisierte Messversuche durchgeführt werden können. Erste Ergebnisse lassen einen Übergangspunkt zwischen dem Strömungsregime einer überströmten Platte und einer Staupunktströmung vermuten. Spezielle Strömungsbedingungen erlauben das Entstehen einer transitionalen Ablöseblase gefolgt von einer sich wiederanlegenden turbulenten Grenzschicht. Diese Art von Strömungsregime hat einen entscheidenden Einfluss auf den konvektiven Wärmeübergang zwischen der rotierenden Scheibe und dem umgebenen Fluid. Variablen die unter anderem einen Einfluss auf die konvektive Wärmeübertragung haben sind: Anströmgeschwindigkeit, Plattendurchmesser und -dicke, Rotationsrate, Temperatur der Plattenoberfläche und des anströmenden Fluids. So ergibt sich im Gesamtbild ein sehr komplexes Problem des konvektiven Wärmeübergangs an rotierenden Scheiben.