Zur Beeinflussung von Strömungswiderstand und Auftrieb existieren zahlreiche Regelungsmethoden. Grundsätzlich werden freie Scherströmungen und wandnahe Grenzschichtströmungen unterschieden. Die Maßnahmen hängen ab von der jeweiligen Strömungsform. In Abhängigkeit von der Reynoldszahl Re wird bei Grenzschichten unterschieden: die laminare Grenzschicht (Re<106), der Übergangsbereich (4x1046), und der turbulente Bereich (Re>106). Je nach Strömungszustand wird die Reduzierung der laminaren Schubspannung, die Verzögerung des Umschlag zur Turbulenz oder die Reduzierung der Reynoldsspannungen angestrebt. Die Machzahl Ma beeinflußt die besonderen Charakteristika der Turbulenz. Die traditionellen Methoden der Grenzschichtbeeinflussung sind bei laminarer Strömung: Beeinflussung der Druckverteilung durch Formgebung und Leitbleche, Absaug- und Einblasvorrichtungen, Reduzierung der Viskosität durch Erhitzen bzw. Kühlen, elastische Beschichtung. Als Maßnahmen zur Reduzierung der Turbulenz werden genannt: Einleitung von Polymeren, Oberflächenrillen und wirbelauflösenden Strukturen LEBU (Large Eddy Breakup Devices). Von besonderer Bedeutung ist der Einsatz dieser Maßnahmen zur Verhinderung bzw. zur definierten Erzeugung von Ablösegebieten. Die Verfahren zur Kontrolle turbulenter Strömungen lassen sich durch ihren örtlich und zeitlich selektiven Einsatz optimieren. Möglich ist dies durch Kopplung von auf der Wand verteilten Aktoren und Sensoren über einen Regelkreis. Die Regelalgorithmen können auf adaptiven Schemata auf Basis selbstlernender neuronaler Netze, physikalischen Modellen oder der Theorie nichtlinearer Systeme (Chaostheorie) beruhen, mit der Parameterbereiche für stabile und instabile Strömungszustände eingegrenzt werden können. Die konstruktiven Voraussetzungen für die Aktoren und Sensoren werden mit den neuen Technologien der Mikrofabrikation geschaffen, die die Herstellung mikroelektromechanischer Systeme in der Größenordnung von 10 Mikrometern ermöglichen.
Modern developments in flow control
Moderne Entwicklungen in der Strömungsbeeinflussung
Applied Mechanics Reviews ; 49 , 7 ; 365-379
1996
15 Seiten, 4 Bilder, 115 Quellen
Article (Journal)
English
Turbulenz , reibungsbehaftete Strömung , Strömungswiderstand , Auftrieb , instabile Strömung , neuronales Netz , Strömungsinstabilität , Strömungszustand , Strömungsregelung , laminare Strömung , Formgebung , Wandströmung , Reynolds-Zahl , Polymer , Absaugen , Viskosität , scheinbare Viskosität , Abreißen der Strömung , Turbulenzgrad , Oberflächenstruktur , Regelkreis , Sensor , Nichtlinearität , adaptive Optimiersteuerung , Aktor
Modern developments in shear flow control with swirl
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