Freistrahlen

Auszug

Niederdruck-Freistrahlen (c₀≤ 50 m/s). Wir beobachten den Austritt eines Fluids aus einer Öffnung runder, rechteckiger oder spaltförmiger Geometrie in eine Umgebung, in der ein ruhendes Fluid gleicher Art und Temperatur vorhanden ist. Es bildet sich ein isothermer Freistrahl aus, dessen bewegtes Fluid durch eine freie Strahlgrenze (Trennungsschicht) vom ruhenden Fluid abgegrenzt wird. Es liegt eine Grenzschichtströmung ohne feste Begrenzung vor. An der Austrittsöffnung laminare Freistrahlen mit Re = c₀D_h/v < 1500 erreichen ohne wesentliche

Vermischung eine bis zu dreifach größere Eindringtiefe in das Umgebungsfluid als turbulente Strahlen. Für Re > 8500 10000 an der Austrittsöffnung wird der Strahl nach kurzer laminarer Anlaufstrecke turbulent. Für diesen Fall des turbulenten Freistrahls gehen wir von dem in Bild 7.1 dargestellten Strömungsmodell aus, bei dem das Fluid mit der Geschwindigkeit c0 als Kolbenströmung aus der Öffnung heraustritt. Durch Reibungswirkung wird Sekundärfluid aus der Umgebung mitgerissen. Dadurch wächst der im Strahl transportierte Massenstrom an, während sich das Geschwindigkeitsprofil ausbreitet und zunächst an den Rändern abflacht. Es bildet sich ein kegelförmiger Strahlkern aus, in dem die Geschwindigkeit c₀ vorliegt.