Der Strömungswiderstand von Kreiszylindern mit stückweise konstanten Durchmessern

Zusammenfassung

An kreiszylindrischen Modellen mit sprunghafter Durchmesseränderung wurden Widerstands- und Druckverteilungsmessungen durchgeführt, um die Gesamt- und Teilwiderstände zu ermitteln und um einen Einblick in die Umströmungsverhältnisse solcher Körper zu gewinnen. Aus den Meßergebnissen werden empirische Formeln für die Widerstandsbeiwerte abgeleitet und als Kurvenscharen für laminare und turbulente Strömung in zwei Arbeitsblättern bereitgestellt.

Aus den experimentellen Druckverteilungen wurden die wichtigsten Reibungsschichtgrößen berechnet, und die Lage des so bestimmten theoretischen Ablösepunktes mit der Beobachtung verglichen. Dabei konnte eine gute Übereinstimmung festgestellt werden.

Die Widerstandsbeiwerte des durchgehenden Zylinders stellen im laminaren Bereich ein Maximum, im turbulenten Bereich ein Minimum dar. Bei beiden Strömungszuständen ergeben Ein-schnitte in den durchgehenden Zylindern eine sprunghafte Widerstandsänderung, weil durch den Spalt der Rückseitendruck merklich beeinflußt wird. Der Anstieg des Rückseitendrucks bewirkt im laminaren Bereich eine Widerstandsverminderung und beeinflußt den auf der Körpervorderseite liegenden Ablösepunkt verhältnismäßig wenig. Im turbulenten Bereich hingegen wandert der durch den größeren Rückseitendruck stark beeinflußte Ablösepunkt weiter nach vorn, wodurch sich das Totwassergebiet vergrößert und der Widerstand anwächst.

Im Gegensatz dazu hat das Anbringen dünner Scheiben auf dem durchgehenden Zylinder nur eine allmähliche Widerstandsänderung zur Folge, weil Scheiben zunächst wie Endscheiben wirken, die nur einen geringen Einfluß haben.

Die gegenseitige Beeinflussung der Bereiche mit verschiedenen Durchmessern ist im laminaren Fall am größten, wenn die Bereiche mit kleinem Durchmesser etwa so groß sind wie die Bereiche mit großem Durchmesser. Im turbulenten Fall ist die Interferenz bei Vorhandensein dünner Einschnitte am größten.