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AbstractAbstract
[en] In this paper the results of measurements in a turbulent channel flow are presented. A Laser-Doppler-Anemometer is used. The fluid is water. The velocity component in the direction of the main flow and one component perpendicular to it are recorded. Both the Reynolds-number and the distance to the wall are varied. Particularly, the power-density-spectra of the velocity fluctuations are evaluated. These spectra are investigated in details distinguishing three different wavenumber ranges. The range of lower wavenumbers, respectively frequencies are presented by an approximation equation, and an empirical length-scale appearing in that equation is determined. A subrange having an -1-exponent is also investigated. The theoretically predicted shape of the spectrum in the intermediate wavenumber range is verified by the measurements. The two wavenumbers representing the lower respectively the upper limit of that range are determined as a function of Reynolds-number. In the upper range, the spectra are contaminated by a significant amount of noise which is shown to be a consequence of the measurement-method itself. The reasons and possible method to eliminate the noise are discussed. The spectral variation of the energy ratio for the different velocity directions and the existence of isotropy were considered. The results are spectra in a Reynolds-number range where the validity of the common 'universal' relations cannot be generally assumed. The deductions can be used to support models which are employed for the numerical simulation of turbulent flows and which require the knowledge of power-density-spectra. (orig.)
[de]
In dieser Arbeit werden die Ergebnisse von Messungen in einer turbulenten Kanalstroemung erlaeutert. Als Messmethode wird die Laser-Doppler-Anemometrie verwendet; das Fluid ist Wasser. Gemessen wird sowohl die Hauptstroemungskomponente der Geschwindigkeit, als auch eine Komponente senkrecht dazu. Parameter sind die Reynoldszahl und der Wandabstand. Ausgewertet werden insbesondere die Energiedichtespektren der Geschwindigkeitsschwankungen. Diese Spektren werden in der vorliegenden Arbeit im Detail betrachtet. Die Spektren werden dazu in drei Bereiche unterteilt. Der Bereich niedriger Frequenzen bzw. Wellenzahlen wird mit einer Naeherungsgleichung dargestellt und der darin enthaltene Parameter berechnet. Der in diesem Bereich vorhandene -1-Verlauf wird ebenfalls ausgewertet. Im Bereich mittlerer Wellenzahlen wird der theoretisch vorhergesagte Verlauf durch die Messungen bestaetigt, und es werden die beiden Grenzwerte dieses Bereiches als Funktion der Reynoldszahl dargestellt. Im Bereich hoher Wellenzahlen kommt es zu einer starken Ueberlagerung des Nutzsignals durch Stoerungen, die sich groesstenteils auf inhaerente Eigenschaften der verwendeten Messmethode zuruckfuehren lassen. Auf die Ursachen und moegliche Massnahmen zur Behebung dieses Mangels wird eingegangen. Des weiteren werden die Energieverhaeltnisse in den Spektren und die Frage der Existenz von Isotropie behandelt. Die Ergebnisse liefern Energiedichtespektren in turbulenten Stroemungen in Reynoldszahlbereichen, wo die ueblichen 'universellen' Beziehungen nicht mehr angenommen werden duerfen. Die Auswertungen koennen zur Unterstuetzung von Rechenmodellen, die die turbulente Stroemung numerisch simulieren, herangezogen werden. Diese Modelle setzen die Kenntnis der Energiedichtespektren voraus. (orig.)Original Title
Laser-Doppler-Messungen von Energiedichtespektren in turbulenter Kanalstroemung
Primary Subject
Source
Apr 1977; 133 p; 47 figs.; 6 tabs.; 54 refs.; Diss.
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
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