Warum hat die aufsteigende Blase einen Widerstand?

Zusammenfassung

Das Verständnis des Widerstandes eines umströmten Körpers ist sehr durch die Wandbindung der Grenzschichttheorie geprägt. Fällt diese weg, wie bei aufsteigenden Blasen mit mobiler Grenzfläche, so ist ein Umdenken erforderlich, das über die Zuordnung eines anderen Widerstandsbeiwertes hinausgeht. Die eigentliche Ursache des Widerstandes ist zu klären, als auch die Rolle der Kennzahlen. Die Reynoldszahl kann als Variable interpretiert werden und die Archimedeszahl als die entscheidende Kennzahl. Es wird gezeigt, dass die Existenz der mobilen Grenzfläche nicht problemlos in die Potentialtheorie mündet, wie man versucht ist anzunehmen. Die vorliegende Arbeit liefert neue Daten und bemüht sich um eine geeignete Interpretation der Widerstandsentstehung und um eine konsistente Sichtweise auf Blasen mit mobiler bzw. immobiler Grenzfläche.

Abstract

An understanding of the drag of a body relies heavily on the no-slip wall condition of boundary layer theory. When this condition does not apply, as for a rising bubble with mobile surface, rethinking is required going beyond assignment of an appropriate drag coefficient. The ultimate cause of the drag and the role of the scaling parameters is to be resolved. The Reynolds number can be interpreted as a flow variable while the Archimedes number is the key parameter. It is shown that the existence of the mobile surface does not lead automatically to potential flow as one is tempted to guess. Besides a few experimental data the present work strives for an appropriate interpretation of the drag’s origin and a consistent view on bubbles with mobile or immobile surface.