2 Druckverteilung am Zylinder unendlicher Länge2.1 Versuchsziel Bei diesem Versuch soll die Druckverteilung an einem Zylinder (Abb.1) unendlicher Länge gemessen werden. Dabei ist zu erwarten, dass auf der Rückseite des Zylinders Unterdruck vorhanden ist. Dies steht im Gegensatz zur Kugel, bei der bei überkritischer Anströmung dort Überdruck herrscht. Abbildung 2 zeigt die zu erwartende Druckverteilung am Zylinder. Abbildung 1: Zylinder im Windkanal Abbildung 2: Druckverteilung am Zylinder 2.2 Versuchsaufbau Der Versuch wird an einem quer im Windkanal angeordneten Zylinder (Abb. 4, A) durchgeführt. Über Bohrungen an der Zylinderoberseite werden die Drücke an der jeweiligen Stelle gemessen, um die Druckverteilung bestimmen zu können. Zwischen den 19 Messbohrungen liegt ein Winkel von 10°. Über Schläuche sind die Bohrungen mit einer Messvorrichtung verbunden. Um den Abbildung 3: Anordnungen der Messbohrungen am Zylinder 1 4 Versuchsergebnisse Berechnung des Druckbeiwerts mit Hilfe der Potentialtheorie 2 . sind an den Enden Platten (B) mit einem größeren Durchmesser angebracht. Die Trennung zwischen über –und unterkritisch liegt beim Zylinder etwa bei einer Reynoldszahl von 150000. Abbildung 4: Versuchsaufbau 2. Teil im überkritischen Bereich.3 Versuchsdurchführung Bevor mit dem Versuch begonnen werden kann. Der Versuch wird bei unterkritischer und überkritischer Anströmung durchgeführt. im 2. Die Messdaten ergeben folgende Werte: 2. Teil im unterkritischen Bereich gefahren. Die Anströmgeschwindigkeit wird mit einem Prandtl-Staurohr (C) gemessen. Temperatur Luftdruck Relative Luftfeuchtigkeit 22 °C 945 hPa 60% Tabelle 1: Tageswerte Für die Auswertung werden die Zylinderdaten benötigt: d= 110 mm l= 700 mm Der Versuch wird im 1. Luftdruck und relative Feuchte gemessen werden.induzierten Widerstand an den Zylinderenden zu eliminieren. müssen die tagesaktuellen Daten für Temperatur. unter c p .über c p .unter cos überkritische Strömung cWD.theo c p.über cos theoretische Widerstandziffer cWD.theo cos 3 .theo 1 4 sin 2 Berechnung Widerstandsziffer unterkritische Strömung cWD.theoretischer Druckbeiwert c p . 168 -0.162 0.98 -550.879 -2.15 -69.000 0.849 0.194 -0.037 Berechnung Luftdruck Luftdichte kin.10 -565.Messgrössen Bohrung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Winkel α [°] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 barom.92 -649.05 -663.866 -1.926 -0.879 1.000 0.52 663.67 -590.500 0.009 -1.940 -1.017 -1.40 122.036 -0.866 1.317 0.378 -0.über CP.40 516.837 0.000 0.934 -1.939 -0.000 -0.500 -0.866 0.500 0.249 -0.60 -143.000 0.870 0.79 Messwert CP.931 -0.470 0.theo CWD.75 -559.598 0.101 -1.162 0.800 0.162 -1.427 -0.610 -0.theo 0.000 0.037 1.000 -1.359 -0.64*10-5 unterkritische Strömung überkritische Strömung Potentialtheorie Widerstandsziffer Cwd CWD.98 -146.155 -0.044 -1.12 -181. Luftfeuchtigkeit unterkritische Strömung Re = 190640 v [m/s] = 17.832 0.153 -0.866 0.586 0.unter 159.000 1.35 0.998 1.950 -0.171 0.013 -1.83 -756.139 1.000 0.878 0.930 -0.445 0.80 156.878 -0.866 -0.092 1.22 -646.224 -0.910 -0.819 0.161 0.72 -643.347 -0.000 -0.48 -201.53 -12.697 0.119 -0.930 -1.532 -2.000 -2.300 0.470 -0.493 -0.000 0.866 -1.505 -0.171 hPa 945 °C 22 % 60 überkritische Strömung Re = 391670 v [m/s] = 35.32 -144.653 0.00 -144.649 -0.12 -171.42 Messwert CP.unter CWD.231 -0.850 0.35 -143.935 -0.956 0.über 696.98 -622.953 1.30 -663.532 -2.12 -183.980 -1.879 0.870 0.200 -0.157 -1.000 -0.02 232.57 0.52 -572.532 0.000 Abbildung 5: Auswertung Messwerte 4 .40 -142.000 -0.653 -1.347 -2.82 -182.500 0. Zähigkeit hPa kg/m3 m²/s 945 1.387 -1.890 -0.878 0.02 -590.399 -0.500 0.578 0.162 0.62 -172. Druck Raumtemp.07 -162.879 -3.624 0.000 -2.67 -47.500 -0.27 -142.105 -0.899 -0.53 -69.11 1.532 0. 5 α Abbildung 6: cp über α 1. dass der Luftwiderstand geringer wird und sich die Sogwirkung auf der Zylinderrückseite verringert.5 -3 -3.500 α Abbildung 7: cp * cosα über α Im Diagramm cp über dem Winkel α ist deutlich zu erkennen.000 -1.5 0 50 100 150 200 Potentialtheorie -1 unterkritisch -1.500 -1. 5 .1.000 cp*cosα 0. Das liegt daran. was im realen Fall nicht vorkommt. dass der Betrag des cp.500 1. Im Vergleich mit dem theoretischen Verlauf nach der Potentialtheorie ist eine einigermaßen gute Näherung bis zum Winkel von 60° zu sehen. Das Diagramm Widerstandsziffer cw über dem Winkel α zeigt auf. dass die Abweichung zwischen über –und unterkritischer Strömung nicht groß ist.000 0 50 100 150 200 überkritisch Potentialtheorie -0.5 0 Cp -0.500 untekritisch 0. Das bedeutet. Auf der Rückseite entsteht sogar ein Überdruck. um eine gute Näherung zu erhalten.Wertes im überkritischen Bereich nach dem Ablösepunkt kleiner ist als im unterkritischen Bereich.5 überkritisch -2 -2. dass die Ablösungen auf der Ober –und Rückseite zu groß sind.5 1 0. 6 .