Influence of polymer admixtures on the origin of vortices in the wake behind slender cylinders

Kalashnikov, V. N.; Kudin, A. M.; Ordinartsev, S. A.

doi:10.1007/bf00863708

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“…in der Obersicht yon Cantwell [18] 2) Seit etwa 20 Jahren ist eine bisher noch gut fiberschaubare Anzahl von Untersuchungen an freien Grenzschichten unter Verwendung verschiedenartiger Polymerl6sungen mit unterschiedlichen Konzentrationen durchgeffihrt worden. Nachlaufstr6mungen [38][39][40] und 4. ebene Mischungsschiehten [41,42] mischung zweier Str6me mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ist auf nattirliche Weise die in verschiedenen theoretischen Modellen vorgeschlagene Aufteilung des Turbulenzfeldes in groBe ,,energietragende" Wirbel und kleinere ,,energiedissipierende" Turbulenzelemente gegeben. Freistrahlen, die entweder in Flfissigkeiten [24][25][26][27][28][29][30][31] oder in Luft austreten [32,33], 2.…”

Section: Introductionunclassified

Die Wirkung von Polymerzus�tzen auf die Turbulenzstruktur in der ebenen Mischungsschicht zweier Str�me

Scharf

1985

Rheol Acta

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Zusammenfassung: Die ffir newtonsche Flfissigkeiten vielfach untersuchte ebene Mischungsschicht zweier Str6me bietet als einfachster Typ einer freien turbulenten Grenzschicht und wegen ihrer experimentell leichten Zugiinglichkeit eine gute M6glichkeit, AufschluB fiber die Beeinflussung der nicht wandgebundenen Turbulenz durch widerstandsvermindernde Zus~itze zu gewinnen. Das gilt um so mehr, als hier eine augenfNlige charakteristische Wirbelstruktur vorhanden ist, die von der fiberlagerten statistischen Feinturbulenz deutlich unterschieden werden kann.Zur Untersuchung des Turbulenzfeldes wurde eine schon frfiher ffir r~iumlichzeitliche Korrelationsmessungen konzipierte Laser-Doppler-Anemometer-Anordhung eingesetzt, die nicht nur die Messung der Hauptstromprofile und der turbulenten L~ings-und Querschwankungen sondern nach einer einfachen Modifikation auch die Bestimmung der Reynoldsschen Schubspannungen und der Kreuzkorrelationskoeffizienten gestattet.Als Hauptergebnis wurde ffir Zugabemengen von 50 ppm des verwendeten Polymers (Separan AP30) in der ausgebildeten Mischungsschicht eine Verst~irkung der Reynoldsschen Schubspannungen gefunden. Die hierdurch hervorgerufene im Vergleich zu Wasser wesentlich schnellere Breitenzunahme der Scherschicht l~igt sich theoretisch erkl~iren; sic wird auch an Freistrahlen beobachtet. Die ebenfalls festgestellte verringerte Mischungsschichtbreite im Anfangsbereich deutet in Verbindung mit der Verstgrkung der turbulenten L~ings-und der Abschw~ichung der Querschwankungen darauf hin, dab das Scherfeld der Hauptstr6mung durch Ent-kn~iuelung und Ausrichtung der Polymermolekfile eine Fliei3anisotropie erzeugt.Die Vergr6Berung des Ausbreitungswinkels deutet auf eine Intensivierung des ,,Entrainment"-Prozesses an den R~indern der Mischungsschicht hin, was durch eine Begfinstigung der groBen energietragenden Wirbel im Turbulenzspektrum erklgrt werden kann. Auch die Anhebung der Korrelationskoeffizienten fiber dem gesamten betrachteten Abstandsbereich legt dies nahe. Eine vollst~indige Diskussion des hierbei vorliegenden Energietibertragungsmechanismus insbesondere unter Einbeziehung der die Dissipation vermittelnden Feinturbulenz ist jedoch nur anhand einer detaillierten Analyse der Mischungsschicht-Wirbelstruktur m6glich, die in einer nachfolgenden Ver6ffentlichung erfolgen soll.Die Verknfipfung des Grades der Widerstandsverminderung mit der Intensit~it der Reynoldsschen Schubspannungen schlieBlich lgBt den unmittelbaren EinfluB der vom L6sungszustand abhiingigen rheologischen Eigenschaften auf den turbulenten Impulsaustausch deutlich erkennen.Abstract: The plane mixing layer formed between two parallel streams moving with different velocities is one of the simplest types of free turbulent boundary layers and has frequently been studied for Newtonian fluids. As a result of this and because of its good experimental accessibility this type of flow provides a good opportunity for obtaining information about the influence of drag reducing additives on the structure of free turbulence. This ...

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Die Wirkung von Polymerzus�tzen auf die Turbulenzstruktur in der ebenen Mischungsschicht zweier Str�me

Scharf

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