Numerische Untersuchung einer Düsenströmung mit Schiebewinkel

Einleitung 2
praktisch unabhängig von der viskosität, im Gegensatz zur Tollmien-Schlichting-Instabilität, die erst
durch die viskositätsbedingte zeitliche Schwankung des Strömungsprofils an einer Wand entstehen
kann. In der Scherschicht, führt die Geschwindigkeitsverteilung zunächst zur Ausbildung einer Wirbel-
kette. Die einzelnen Wirbel beeinflussen sich gegenseitig. Das führt mit der Zeit zu einem Verschmel-
zen dieser Wirbeln (Vortex pairing). Diese kohärente Strukturen sind die Quelle eines Großteiles des
auftretenden Lärms in viele technischen Anwendungen. Kibens [11] hat gezeigt dass der größte Lärm
bei den Subharmonischen Frequenzen der Fundamentalfrequenz der eingebrachten Störung erzeugt
wird.
Dreidimensionale stationäre Störungen sind in der Lage, unter Umständen die Lärmentwicklung
positiv zu beeinflüßen. Deshalb werden die Düsenende moderner Flugzeuge eingekerbt um den abge-
strahlten Schall zu verringern.
Die freie Scherschicht
Eine freie Scherschicht entwickelt sich zwischen Fluide in zwei ebenen, parallelen Strömungen mit
verschiedenen Geschwindigkeiten . Eine solche Strömung entsteht z.B. hinter einer Platte. Die Kelvin-
Helmholtz-Instabilität beschreibt die Entwicklung dieser Scherschicht unter einer äußren Störung.
Abb. 1.2: Ablenkung der Strömungsrichtung von
der Anströmrichtung bei einer Scherschicht (A >
0)[1]
Die theoretische Behandlung der Instabilität von freien Grenzschichten geht auf H.Helmholz [7]
zurück. Er untersuchte den einfachsten Fall einer Grenzschicht, nämlich eine unendliche dünne Wir-
belschicht in idealer Flüssigkeit und kommt zu dem Schluß, daß die gestörte Wirbelschicht sich
aufrollen müsse. Lord Rayleigh [15] konnte dann beweisen, daß eine Wirbelschicht in idealer Flüssig-
keit gegenüber kleinen wellenförmigen Störungen beliebiger Frequenzen instabil ist. Weiterhin könn-
te Lord Rayleigh zeigen, daß ganz allgemein jedes Geschwindigkeitsprofil mit Wendepunkt bereits
bei Vernachlässigung der Reibung gegenüber einem bestimmten Bereich von Störfrequenzen bzw.