Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen

KAPITEL K - Strömungskräfte auf KörperDruckverteilung an einem umströmtenKreiszylinder und an einerumströmten KugelVergleich: theoretische Druckverteilung (Potential-Strömung)gemessene Druckverteilung (unterkritisch)gemessene Druckverteilung (überkritisch)Die experimentell ermittelten Widerstandsbeiwerte für die Umströmung eines hydraulisch glattenZylinders sowie entsprechende Druckverteilungen auf der Körperoberfläche sind in den oberen Bildernwiedergegeben.Auf der Vorderseite des Zylinders unterscheiden sich die Druckverteilungen nicht nennenswert; ab etwaφ = 30 o dafür umso stärker. Die Potentialströmung zeigt den typischen Wiederaufbau des Drucks aufder Zylinderrückseite zwischen φ = 90 o und φ = 180 o (2. Staupunkt), der bei der unterkritischenUmströmung gar nicht (vorn liegende Ablösepunkte) und bei der überkritischen Umströmung nurzum Teil auftritt (weiter hinten liegende Ablösepunkte).K.3.2AblösewirbelAblösewirbel entstehen durch die Wirkung der Zähigkeit in Diskontinuitätsflächen der Geschwindigkeit,wie sie durch Ablösung an umströmten Körpern auftreten:Die in den Bildern angedeuteten kleinen Wirbel sind instabil und bilden große stabile Wirbel, z.B. dieKármánschen Wirbel, die im vorherigen Abschnitt K.3.1 am Beispiel des umströmten Kreiszylinderserläutert wurden. Das alternierende Ablösen der Wirbel ruft eine periodische Kraftwirkung besonderssenkrecht zur Strömungsrichtung, aber auch in Strömungsrichtung hervor. Erfahrungsgemäß beträgtdas Verhältnis der maximalen Schwingungsamplituden (schwingungsfähige Struktur vorausgesetzt)quer zur Strömungsrichtung zu denen in Strömungsrichtung etwa 5:1, sodaß letztere im allgemeinenvernachlässigt werden können. Die Frequenz der durch die Wirbelablösung hervorgerufenen instationärenKraft wird in dimensionsloser Form durch die in Abschn. K.3.1 eingeführte Strouhal-Zahlangegeben.- 136 -