Wirbelinstabilitäten und Musterbildung in geschlossenen Rechteckbehältern mit tangential bewegten Wänden

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit sind experimentelle Untersuchungen zwei- und dreidimensionaler Wirbelströmungen in geschlossenen Rechteckbehältern mit tangential bewegten Wänden (engl.<br />lid-driven cavity). Die kritischen Parameter der primären Instabilitäten, die zugrundeliegenden zweidimensionalen Grundströmungen und die resultierenden stabilen dreidimensionalen Strömungsstrukturen werden für den dreidimensionalen Parameterraum (Reynoldszahl 1, Reynoldszahl 2 und Aspektverhältnis Gamma =0.26 bis Gamma = 6.18), durch die Untersuchung ausgewählter Aspektverhältnisse, geklärt. Es werden sowohl der einseitige, als auch der parallele und der antiparallele Antrieb untersucht. Elf verschiedene dreidimensionale Strömungsstrukturen werden beobachtet und dokumentiert. Qualitative und Quantitative Untersuchungen erfolgen unter Verwendung von Visualisierungsmethoden, Particle-Image-Velocimetry und Laser-Doppler-Anemometrie. Mit den Ergebnissen werden die umfassenden numerischen Untersuchungen von Albensoeder (2004) zu einem großen Teil experimentell bestätigt. Sowohl für die Daten der linearen Stabilitätsanalyse, als auch für die Ergebnisse dreidimensionaler Simulationen für periodische Randbedingungen und für endliche Behälter zeigt sich, unter Berücksichtigung der abweichenden Randbedingungen und allgemeiner experimenteller Imperfektionen, in den meisten Fällen qualitativ wie auch quantitativ eine gute Übereinstimmung. Die Arbeit stellt eine Erweiterung der bisherigen experimentellen Untersuchungen zum lid-driven cavity Problem dar.