Was ist turbulente Grenzschicht – Definition

Turbulente Grenzschicht

Das Konzept der Grenzschichten ist sowohl in der viskosen Fluiddynamik, der Aerodynamik als auch in der Theorie der Wärmeübertragung von Bedeutung. Grundlegende Eigenschaften aller laminaren und turbulenten Grenzschichten werden in der sich entwickelnden Strömung über eine flache Platte gezeigt. Die Stufen der Bildung der Grenzschicht sind in der folgenden Abbildung dargestellt:

Die Grenzschichten können abhängig vom Wert der Reynolds-Zahl entweder laminar oder turbulent sein . Auch hier stellt die Reynoldszahl das Verhältnis von Trägheitskräften zu viskosen Kräften dar und ist ein geeigneter Parameter zur Vorhersage, ob ein Strömungszustand laminar oder turbulent sein wird. Es ist definiert als:

worin V die mittlere Strömungsgeschwindigkeit ist, D eine charakteristische lineare Abmessung, ρ Fluiddichte, μ dynamische Viskosität und ν kinematische Viskosität.

Bei niedrigeren Reynolds-Zahlen ist die Grenzschicht laminar und die Strömungsgeschwindigkeit ändert sich gleichmäßig, wenn man sich von der Wand entfernt, wie auf der linken Seite der Abbildung gezeigt. Mit zunehmender Reynoldszahl (mit x) wird die Strömung instabil und schließlich ist bei höheren Reynoldszahlen die Grenzschicht turbulent und die Strömungsgeschwindigkeit durch instabile (sich mit der Zeit ändernde) Wirbelströmungen innerhalb der Grenzschicht gekennzeichnet.

Der Übergang von der laminaren zur turbulenten Grenzschicht erfolgt, wenn die Reynoldszahl bei x Re _x ~ 500.000 überschreitet . Der Übergang kann früher erfolgen, ist jedoch insbesondere von der Oberflächenrauheit abhängig . Die turbulente Grenzschicht verdickt sich infolge erhöhter Scherspannung an der Körperoberfläche schneller als die laminare Grenzschicht.

Siehe auch: Grenzschichtdicke

Siehe auch: Rohr im Querstrom – Außenstrom

Besondere Erwähnung: Schlichting Herrmann, Gersten Klaus. Grenzschichttheorie, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2000, ISBN: 978-3-540-66270-9