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Strömungsvisualisierung

 Anwendungsbeispiele / Projekte

Das Verfahren basiert auf der Methode der Strömungsvisualisierung mit einer optisch-aktiven Flüssigkeit.

Auf dem entsprechenden Versuchsstand werden nacheinander die charakteristischen Profile des strömungstechnischen Objektes untersucht. Für diese Untersuchungen werden die entsprechenden Kanalprofile aus Plastikplatinen hergestellt und zwischen zwei durchsichtige, optisch nicht aktive Platinen arretiert. Durch die Vorrichtung wird nun die optisch-aktive Flüssigkeit geleitet und entsprechende Geschwindigkeitsparameter eingestellt.

Mit Hilfe der Gesetze der Ähnlichkeitstheorie können auf diesem Versuchsstand sowohl Flüssigkeits- als auch Gasströmungen modelliert werden.

Bei Durchstrahlung der sich im Strömungskanal bewegenden optisch-aktiven Flüssigkeit mit speziellem Licht erhält man ein “Feld der Ungleichmäßigkeit optischer Dichten”, das eindeutig mit der inneren Struktur der Strömung bzw. Geschwindigkeits- feldern der Strömung korrelliert.

Ziel ist es, die Gesetzmäßigkeiten der Organisation der Strömungsstruktur zu untersuchen. Die hydraulischen Experimente und die akustischen Untersuchungen des Druckfeldes im Strömungskanal erlauben es, den Einfluß organisierter Strö- mungsstrukturen auf die energetischen Charakteristiken der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen zu definieren.  

Die Auswertung dieser Arbeiten führt zur Erarbeitung einer räum- lichen Kanalgeometrie, in der das Arbeitsmedium mit optimalen strömungstechnischen Parametern fließt.

Diese Methode ist weniger ein Verfahren zur Darstellung einer 3-D-Strömung als zur Optimierung einer 3-D-Strömung. Man beschränkt sich bei der Analyse der bestehenden Strömungs- verhältnisse auf einige wenige charakteristische Schnittebenen.

Anders als bei klassischen Berechnungsmethoden ermittelt man jedoch in diesen Schnitten nicht mittlere Werte für Geschwindigkeit und Druck, die im Prinzip aus den Gesetzmäßigkeiten der “Mechanik von Flüssigkeiten und Gasen” hergeleitet werden. Diese heute bekannten Gesetzmäßigkeiten sind unzureichend für die Lösung von Aufgaben der Strömungsoptimierung.

Das Verfahren erlaubt es, neue unbekannte Informationen über die Gesetzmäßigkeiten der Organisation der Strömungsstruktur zu erhalten. Annahmen und Vereinfachungen sind in diesem Verfahren auf ein Minimum beschränkt, weil es auf der physika lischen Modellierung beruht und die Modelle fast vollständig die realen Strömungsverhältnisse abbilden.

Sogar bei Berücksichtigung der Kompressibilität streift die Korrektur der Resultate nur einen Teil der hydraulischen Parameter (Volumen und Druck), die Struktur der Strömung in den entsprechenden Schnit- ten sowohl in Flüssigkeits- als auch in Gasströmungen bleibt jedoch im Modell sowie im realen Objekt gleich.

Das Wesen des Verfahrens besteht darin, dass man in der strömen- den optisch-aktiven Flüssigkeit die Grenze sichtbar macht, entlang derer die Strömung mit minimalen Energieverlusten verläuft. Die Modellierung der Strömung erfolgt zu entsprechenden Anfangs- und Grenzbedingungen, die vorgegeben werden müssen.

Bei richtiger Steuerung der Mikrostruktur in der Grenzschicht der Strömung durch letztendlich optimale Formen des Strö- mungskanals bzw. Einbringen von Strömungskörpern, können die hydromechanischen Prozesse beträchtlich intensiviert und eine wesentliche Verminderung des hydraulischen Widerstan- des erreicht werden.

Begründet in der Theorie optimaler Prozesse ergibt sich bei gegeben- en Anfangs- und Grenzbedingungen für das Wandungsprofil des opti- mierten (optimalen) hydraulischen Kanals nur ausschließlich eine Formgebung. Hieraus ergibt sich aber auch, dass bei unsachgemä- ßer Führung der Mikrostruktur der Strömung beträchtliche Strö- mungsverluste erzeugt werden können.

Grundlage für den sachgemäßen Umgang mit der Mikrostruktur einer Strömung ist eine entsprechende wissenschaftlich-metho- dische Herangehensweise, sprich Know-how.

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