Geschwindigkeitsmessungen einer Luftfahne im Labormaßstab mittels Particle Image Velocimetry

Experimentelle Untersuchung der Auftriebsfahne über einem elektrisch beheizten Kupferblock.

In diesem Beitrag wird die experimentelle Untersuchung der Auftriebsfahne über einem elektrisch beheizten Kupferblock vorgestellt. Das Geschwindigkeitsfeld in einer vertikalen Ebene entlang der Fahnenachse wird mittels Particle Image Velocimetry untersucht. Es werden Experimente mit elektrischen Leistungen von 30 W bis 96 W durchgeführt, die zu Wärmequellentemperaturen von 149 oC bis 307 oC führen. Die resultierende Strömung ist bei der niedrigsten Leistungseinstellung laminar und geht bei höherer Wärmezufuhr in eine turbulente Strömung über. Mit zunehmender Wärmezufuhr erfolgt der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung bei geringeren Höhen.

Es werden zeitlich gemittelte Geschwindigkeitsfelder zusammen mit der entsprechenden Messunsicherheit dargestellt, die sich aus der Auswertung mit der Particle Image Velocimetry ergibt. Aus diesen Geschwindigkeitsfeldern wird eine Reihe von charakteristischen Werten für die Fahne in verschiedenen Höhen abgeleitet, z.B. maximale Geschwindigkeiten, Fahnenbreiten und Strömungsintegrale. Zur weiteren Bewertung des Übergangs von laminarer zu turbulenter Strömung werden die vertikale Geschwindigkeit und die Standardabweichung der horizontalen Geschwindigkeit entlang der Fahnenachse und als Funktion der Grashofzahl untersucht. Der Übergang findet bei Grashof-Zahlen im Bereich 4 × 108 < Gr < 2 × 109 statt, was mit früheren Ergebnissen übereinstimmt. Zusätzlich zu den Geschwindigkeitsmessungen wird die Temperaturschichtung im Inneren des Gehäuses gemessen, um die Umgebungsbedingungen zu quantifizieren.

Artikel

Meunders, A. ; Arnold, L. (Corresponding author) ; Belt, A. ; Hundhausen, A.
Velocity measurements of a bench scale buoyant plume applying particle image velocimetry
International journal of heat and mass transfer 123, 473 - 488 (2018) [10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.011]  FilesBibTeX | EndNote: XML, Text | RIS