Rotationssymmetrische Strömungen im Kugelspalt

Zusammenfassung

In Kugelspalten können durch die destabilisierende Wirkung der Zentrifugal-und Corioliskräfte mehrere Strömungszustände für gleiche stationäre Bedingungen auftreten. Diese Beobachtung machten zuerst Sawatzki und Zierep [1] in ihren Experimenten mit einer rotierenden Innen- und ruhender Außenkugel. Nach den Versuchsergebnissen bilden sich wie im Spalt zwischen rotierenden Zylindern oberhalb einer kritischen Reynolds-Zahl Taylor-Görtler Wirbel aus. Wie Wimmer[2] zeigen konnte, hängen die Anzahl der sich bildenden Wirbelzellen von der Spaltweite und der Beschleunigung der inneren Kugel beim Durchgang durch den von der kritischen Reynolds-Zahl gekennzeichneten Instabilitätsbereich und deren Abmessungen außerdem noch von der Reynolds-Zahl des stationären Zustandes ab. Für eine Spaltweite s = (Ra-Ri)/Ra = 0,15 stellen sich nach [1]und [2] insgesamt fünf, drei stationäre, rotationssymmetrische und zwei instationäre, nicht rotationssymmetrische Strömungszustände ein. Für andere Spaltweiten ist die Anzahl der möglichen Strömungszustände in Abhängigkeit von der Beschleunigung und der Reynolds-Zahl noch unbekannt.