Experimentelle Untersuchung des Stofftransports in der Umgebung umströmter Hindernisse

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Die Stoff- und Wärmeausbreitung in der Umgebung umströmter Hindernisse ist von großer praktischer Bedeutung in verschiedenen Bereichen des Ingenieurwesens und der Umwelttechnik. Die Ausbreitung wird stark beeinflußt durch die äußerst komplexe 3D Strömung um Hindernisse, bei der durch hohe Turbulenz und oft auch instationäre Wirbelablösungen starke Schwankungen auftreten und es ja gerade die Spitzenwerte sind, die unter einem bestimmten kritischen Wert bleiben müssen. In der Praxis besteht zunehmender Bedarf an zuverlässigen Berechnungsverfahren für die Ausbreitungsvorgänge, und es kommen auf Grund der i.a. komplexen geometrischen Verhältnisse nur numerische Modelle in Frage. Besonders gut geeignet ist die Large-Eddy-Simulationsmethode (LES), bei der die Schwankungen direkt berechnet werden. In der Gruppe des Antragstellers wird in einem EU-Vorhaben ein solches LES Verfahren entwickelt und speziell auf Situationen mit lokalen Tracereinleitungen aus Quellen an oder in der Nähe einfacher Modellgebäude angewandt. Zum Austesten und Überprüfen der LES-Methode sind detaillierte experimentelle Daten dringend notwendig. Die existierenden Konzentrationsmessungen haben eine zu geringe räumliche und zeitliche Auflösung und sind daher nicht aussagekräftig genug; auch fehlt in fast allen Fällen die gleichzeitige Erfassung des Geschwindigkeitsfeldes, das für ein Verständnis der Ausbreitungsvorgänge und zur Überprüfung des Rechenverfahrens ebenfalls notwendig ist. Im beantragten Projekt sollen die fehlenden Meßdaten beschafft werden, und zwar sollen als Hindernisse auf einer Grundplatte befestigte Kreiszylinderstümpfe verwendet werden, für die aus einem Vorläuferprojekt Geschwindigkeits- und Turbulenzmessungen vorliegen. Es werden an verschiedenen Stellen an und um die Hindernisse aus lokalen Quellen Farbtracer zugegeben und es wird die räumliche und zeitliche Verteilung des Konzentrationsfelds mit einer hochauflösenden Videoaufnahmetechnik aufgenommen. In einer möglichen Fortsetzung des Projekts sind Messungen an anderen Hindernisgeometrien vorgesehen, wie z.B. Würfelkonfigurationen.