Optische Strömungsmesstechnik - Teil 2

15 April 2026, Markus Leitner

Methodik der Strömungsvisualisierung

Mithilfe eines Farbfadens visualisiert Reynolds 1883 den laminar-turbulenten Übergang bei einer Rohrströmung
Prandtl und Tietjens visualisieren 1931 die Grenzschichtablösung an der Rückseite eines stumpfen Körpers mit Hilfe von Aluminiumpulver

Textilfadenmethode bei Luftströmungen

• Befestigung von Woll-, Seiden- oder Nylonfäden auf der Körperoberfläche
• Fäden richten sich in Strömungsrichtung aus (Fäden sind nur bei stationärer laminarer Strömung völlig ruhig)
• Chaotisches Flattern: Hinweis auf abgelößte oder stark turbulente Strömung

Anstrich-Methode zur Oberflächenvisualisierung bei Luft- und Wasserströmungen

• Aufbringung einer Suspension aus fein-körnigem Titanweiß und Petroleum auf eine schwarze Oberfläche
• Die Suspension fließt längs der Strömung entlang der Körperoberfläche ab, das Petroleum verdunstet, während das Titanweiß sich zu linien formiert

Lichtschnittverfahren

• Zugabe von Partikeln in die Strömung
• Ausleuchtung zweidimensionaler Ebenn des Strömungsfeldes (Halogenlampe, Laserlichtschnitt)
• Von den Teilchen gestreutes Licht mit einer Kamera aufnehmen

Sichtbarmachung des Wirbelaufplatzens in einer scherentzähenden Flüssigkeit mit dem Lichtschnittverfahren
Versuchsaufbau siehe Vorlesung Folie 11

• Die strömung wird druch einen rotierenden Deckel erzeugt
• Es bilden sich Rezirkulationsgebiete in der Nähe der Wirbellinie
• Nutzung vor allem in der Chemie-Industrie

Rauchlinien- und Rauchdrahtmethode bei Luftströmungen

• Rauch wird aus einem feinen Röhrchen vor dem Modell in die Strömung eingebracht
• Anpassung der Rauchaustrittsgeschwindigkeit and die lokale Strömungsgeschwindigkeit
• Die Rauchlinientechnik ist zur Sichtbarmachung laminarer Strömungen geeignet
• Nachlaufströmung kann aber bei den Röhrchen zur Raucheinbringung beeinflusst werden

Versuchsaufbau mit Ergebnis zur Karmanschen Wirbelstraße in Vorlesung Folie 13

• Rauchdraht wird senkrecht zur Strömungsrichtung in die Strömung eingebracht (ca. 1/10 mm)
• Öltröpfchen laufen am Draht herunter und zerfallen in kleine Tröpfchen
• Von jedem Öltröpfchen geht eine Streichlinie aus
• Nachteile: beheizter Draht kann Streichlinien ebenfalls gegenüber der Umgebung erhitzen

Farbfadenmethode bei Wasserströmungen

• Versuche finden im Modellfluid Wasser statt (Re = 20000)
• Farbe tritt aus Wandborungen an der Modelloberfläche aus
• Mit einer Kamera wird das Strömungsbild aufgenommen

Ähnlichkeit

Es existieren unterschiedliche Methoden zur Ermittlung der relevanten Ähnlichkeitskennzahlen, mit welchen zwischen Modell und Realem Aufbau gerechnet werden können.

• Dimensionsanalyse
• Kräfte- bzw. Energieverhältnisse (in dieser Vorlesung betrachtet)
• Methode der Differentialgleichungen

Beispiel zur Ermittlung der relevanten Ähnlichkeitskennzahlen über Kräfteverhältnisse in Vorlesung Folie 21

Die Reynoldszahl ist die entscheidende Ähnlichkeitskenngröße für Modelluntersuchungen von Strömungen mit geringen Dichteänderungen