Untersuchung und Reduzierung von numerisch bedingten ... - IAG

3 Parasitäre Strömungen
geprägten Oszillationen an.
In der vorliegenden Arbeit wird die Maximalgeschwindigkeit jeweils punktuell zum Ende
der Rechnung erfasst. Sie ist ein Indikator, der es ermöglicht auf Grund seiner Größenordnung
eine Abschätzung bezüglich der Stärke der parasitären Strömungen vorzunehmen.
Eine Aussage bezüglich der Aufteilung auf die beiden Phasen ist mit ihr nicht möglich.
Zur näheren Untersuchung und Quantifizierung des Phänomens eignet sich die Betrachtung
der spezifischen kinetischen Energie. Sie bietet den Vorteil, dass mit ihr die Auswirkungen
der parasitären Strömung im gesamten Rechengebiet registriert und die beiden
Phasen separat erfasst werden.
3.2 Parameterstudie zum ruhenden Wassertropfen
Um den Einfluss der einzelnen Parameter des Testfalles auf die Entstehung der parasitären
Strömung zu ermitteln, wird in den folgenden Abschnitten eine Parameterstudie
durchgeführt. Dazu werden bei Variation eines der Parameter, sämtliche anderen konstant
gehalten. Die Variation der Parameter umfasst jeweils zwei Größenordnungen. Neben den
Diagrammen der folgenden Abschnitte, befinden sich in Anhang B die zugehörigen Ergebnisse
in Tabellenform.
Die Daten der Maximalgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t = 0, 03 s sind in Diagrammen
mit doppeltlogarithmischer Skala aufgetragen. Um den Trend der Ergebnisse zu erfassen,
wird aus ihnen mit Hilfe einer Least-Squares-Näherung eine Ausgleichsgerade ermittelt.
Zur Quantifizierung der Ergebnisse, ist in der doppeltlogarithmischen Darstellung der
Maximalgeschwindigkeiten die Steigung der jeweiligen Ausgleichsgeraden angegeben.
3.2.1 Variation der Viskosität
Die Viskosität hat auf das Geschwindigkeitsfeld direkten Einfluss über den Zähigkeitsspannungstensor
(2.14) in der Impulsgleichung (2.13). Sie ist in ihrer Wirkung stets dämpfend.
Diese dämpfende Wirkung lässt sich sehr gut am Beispiel der Variation der Viskosität der
flüssigen Phase erkennen. Zunächst soll in Abbildung 3.4 das Ergebnis der Variation im
Hinblick auf die Maximalgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t = 0, 03 s betrachtet werden.
Es ist ersichtlich, dass eine Erhöhung der Viskosität eine deutliche Reduzierung der Maximalgeschwindigkeit
bewirkt.
Abbildung 3.5 zeigt die Maximalgeschwindigkeit am Ende der Rechnung bei Variation
der Viskosität der gasförmigen Phase. Es ist erkennbar, dass die Viskosität der gasförmigen
Phase nur einen sehr geringen Einfluss auf die Maximalgeschwindigkeit hat.
Im direkten Vergleich der Größenordnung der beiden Viskositäten ist festzustellen, dass
die Viskosität der gasförmigen Phase von ihrem Zahlenwert her um mehrere Größenordnungen
unter dem der Viskosität der flüssigen Phase liegt. Dies erklärt den verschwindenden
Einfluss der gasförmigen Phase.
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