Umströmung von Profilen und Körpern

Zusammenfassung

In Kap. 3 wurde die Plattenströmung ohne Ablösung betrachtet. Da hier $c_{\mathrm{a}}(x)=c_{\infty}=$ konstant, ist somit auch in der „Außenströmung“ der Druck $p_{\mathrm{a}}(x)=p_{\infty}=$ konstant. Dieser Druck prägt sich auch der Grenzschicht auf. Über der Lauflänge (Koordinate x) bildet sich eine laminare, eine turbulente oder eine laminare und turbulente Grenzschicht auf, die mit $x$ ansteigt. Liegt dagegen z. B. ein gekrümmtes Profil vor, so wird die Geschwindigkeit $c_{\mathrm{a}}(t)$ der „Außenströmung“ verändert. Dies hat gemäß Bernoulli’scher Energiegleichung für die Stromfäden einen entsprechend veränderten Druck zur Folge, der in gleicher Weise auch in der Grenzschicht vorliegt. Bei gekrümmten Körpern, wie zum Beispiel Zylinder, Kugel, Tragflügel, sonstige Körper wird durch die Stromlinienverdichtung (bzw. Stromlinienerweiterung) der Druck in der Außenströmung (gemäß Bernoulli) verkleinert bzw. vergrößert. Diese Druckreduzierung bzw. -erhöhung der Außenströmung ist in gleicher Weise, wie oben gesagt, auch in der Grenzschicht vorhanden. Im Fall des Druckanstiegs bei Geschwindigkeitsverzögerungen in der Außenströmung kann es in der Grenzschicht selbst zur Strömungsablösung kommen. Dies ist auf die dort kleinere Geschwindigkeit gegenüber der Außenströmung zurückzuführen. Die Geschwindigkeitsenergie in der Grenzschicht ist durch den Druckanstieg am Ablösungspunkt aufgezehrt, was dort dann zu ihrer Ablösung von der Wand und danach zu einem mit Wirbeln durchsetzten Bereich führt. In diesem „Totwassergebiet“ erreicht der Druck nicht mehr die Werte vor dem Körper, und es stellt sich ein aufgrund der Grenzschichtablösung bedingter Druckunterschied ein. Hierbei sind turbulente Grenzschichten (völligeres, stärker gekrümmtes Profil) weniger anfällig als die laminaren. Die Einflüsse von Strömungsablösungen auf die Druckverteilungen von umströmten Körpern können am einfachsten aufgrund von Versuchen festgestellt werden.