Optische Strömungsmesstechnik - Teil 4

06 May 2026, Markus Leitner

Methodik der Strömungsvisualisierung mit Farbstoffen

Die Visualisierung einer Wasserströmung mit Farbe erfordert eine laminare Strömung

Die wesentliche Ähnlichkeiteskennzahl ist die Reynolds-Zahl $Re = \frac{\rho c L}{\eta}$\

Sehr kleine Reynoldszahl: Trägheit überwiegt
Sehr große Reynoldszahl: Reibung übberwiegt

Sie kann and die Originalbedingungen angepasst werden durch

• Strömungsgeschwindigkeit $c$
• Wassertemperatur, zur Beeinflussung der dynamischen Viskosität $\eta$
• Charakteristische Länge $L$ des Messaufbaus

Im Strömungskanal (Aufbau auf Folie 5) kann die Strömungsgeschwindigkeit über Fallrohre und die Wasserhöhe (Also den Querschnitt der Messstrecke) gesteuert werden
Je größer die Temperatur $T$, umso kleiner wird die dynamische Viskosität $\eta$\

Farbe wird mit Wasser und z.B. Athylalkohol gemischt, um korrekte Farbkonzentration und Dichte zu erreichen
Zugabe der Farbfäden in die Strömung muss mit Strömungsgeschwindigkeit geschehen
Siebe, Gleichrichter und Düse sorgen für gleichmäßige Zuströmung der Messstrecke

Karmansche Wirbelstraße im Nachlauf der Sonde bei $80 < Re_D < 300$
Also: Durchmesser $D$ oder Strömungsgeschwindigkeit $c$ anpassen

Vorgehensweise bei pastoser Farbe auf Modelloberfläche

1. Festlegung einer geeigneten Mischung des Farbstoffs
2. Zähflüssige Farbe in eine Spritze einbringen und diese an eine Sonde mit möglichst großem Ausendurchmesser anschließen
3. Aufbringen von Pünktchen oder Streifen von pastoser Farbe auf die Modelloberfläche
4. Durch die Wandschubspannungen entstehen nach einiger Zeit Wandspuren

Vorgehensweise bei anbringen von Wandbohrungen

1. Genaue Planung der Strömungsvisualisierung vorab ist notwendig , da die Wandbohrungen die interessierenden Strömungsgebiete treffen müssen
2. Festlegung einer geeigneten Mischung des Farbstoffes, der nicht zu zähflüssig sein darf
3. Farbe tritt mit geringem Überdruck gegenüber dem lokalen Druck aus den Wandbohrungen aus. (Druck Regulierung)

Im Allgemeinen gut nutzbar bei schlechter Zugänglichkeit, zum Beispiel im Ringwasserkanal

Visualisierung der Strömungsphänomene an den Verdichter-Schaufel-Spitzen eines Axialverdichters

• Der Wirkungsgrad und das Stabilitätsverhalten eines Axial-Verdichters werden wesentlich von der Spitzen-Spalt-Strömung beeinflusst
• Ein Verständnis der Interaktion der Spitzen-Spalt-Strömung mit der Zuströmung soll gewonnen werden, um das Stabilitätsverhalten eines Axialverdichters besser zu verstehen
• Vor allem Oberseite der Schaufeln wird betrachtet, weil Umfang des echten Verdichters nicht modelliert wird.

Ermittlung der Volumenzahl $\Phi$ für die Verdichter-Kaskade

Annahmen sind:

• Verdichter Laufrad wird axial angeströmt $c = c_{ax}$
• Eintrittsgeschwindigkeit in die Messstrecke kann als Relativgeschwindigkeit $w_1$ interpretiert werden
• Umfangsgeschwindigkeit $u$ des Rotors ist über das Geschwindigkeitsdreieck festgelegt (Siehe Folie 23)

Ab einer Volumenzahl $\Phi$ von 0,32 oder kleiner (bei einer Inzidenz von ca. $20°$ oder größer) wird die Verdichterströmung instabil