Untersuchung turbulenter Grenzschichten und örtlicher Korrelationen von komplexen Strömungen mit einem örtlich hochauflösenden Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsender

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Turbulenz kann über charakteristische Längemaße, wie das integrale Längenmaß, der Taylor-Mikro-Längenmaß oder die Kolmogorov-Skala charakterisiert werden, die die Abmessungen der kleinsten auftretenden Wirbel angegeben. Für technisch relevante Strömungen hoher Reynoldszahlen kann der Kolmogorov-Mikromaßstab im Mikrometerbereich liegen. Örtlich höchstauflösende Geschwindigkeitsmessverfahren werden benötigt. Bisher wurden u.a. Hitzdraht-Anemometer und optische Messverfahren für diese Messaufgabe eingesetzt. Problematisch ist die invasive Messung mittels Hitzdraht insbesondere in Wandnähe. Optische Verfahren wie Particle-Image-Velocimetry (PIV) und konventionelle Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) arbeiten nicht-invasiv, weisen aber bezüglich der erreichten Meßunsicherheit von ca. 3% (PIV) bzw. der Ortsauflösung von ca. 20 µm (LDA) begrenzte Messeigenschaften auf. In diesem Vorhaben soll der neuartige Laser-Doppler- Geschwindigkeitsprofilsensor zum Einsatz kommen, der sich durch eine hohe Ortsauflösung im Submikrometerbereich bei gleichzeitiger geringer Meßunsicherheit der Geschwindigkeit (kleiner 0,1%) auszeichnet. Der Forschungsbedarf liegt in der Untersuchung der Übertragbarkeit dieser aus Kalibrierungen bestimmten Auflösungen hinsichtlich Geschwindigkeitsprofilmessungen von technisch relevanten Strömungen. Es sollen insbesondere bei hohen Reynoldszahlen Turbulenzdaten in turbulenten Plattengrenzschichten gemessen werden und das universelle Geschwindigkeitsprofil bestimmt werden. Durch Zweipunkt-Korrelationsmessungen in turbulenten Scherströmungen sollen die charakteristischen turbulenten Längenmaße präziser als bisher bestimmt und daraus u.a. die Dissipationsrate der turbulenten kinetischen Energie ermittelt werden.