Zur Stabilität barokliner Wellen im starr rotierenden Zylinderspalt:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 7, Strömungstechnik ; 486 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Formel- und Symbolverzeichnis VII
1. Einleitung 1
1.1. Motivation und Problemdarstellung 1
1.1.1. Globale Konvektionsmuster der Erdatmosphäre 1
1.1.2. Ein Modellexperiment zur Untersuchung barokliner Wellen 6
1.2. Zielsetzung eigener Untersuchungen 8
2. Grundlagen 10
2.1. Mathematische Beschreibung konvektiver Bewegungen 10
2.1.1. Grundgleichungen der Hydrodynamik 10
2.1.2. Ableitung dimensionsloser Ahnlichkeitskennzahlen 13
2.1.3. Die Gleichung des thermischen Windes 16
2.1.4. Das Taylor-Proudman-Theorem 17
2.2. Beschreibung thermischer Instabilitäten in verschiedenen Geometrien 18
2.2.1. Die Rayleigh-Benard-Instabilität 18
2.2.2. Barokline Instabilität im rotierenden Zylinderspalt 19
3. Stand der Forschung 26
3.1. Allgemeiner Überblick und das erweiterte Eady-Modell 26
3.2. Existenzbereiche und reguläre und komplexe Strömungsmuster 26
3.3. Übersicht ausgewählter experimenteller und numerischer Untersuchungen 31
3.4. Abriss ausgewählter Untersuchungen zum Einfluss geometrischer Randbedingungen . . 32
4. Experimentaufbau 39
4.1. Beschreibung des Vorgängerexperiments 39
4.1.1. Der mechanische Aufbau 39
4.1.2. Sensorik und Regelung 39
4.2. Beschreibung des Versuchsaufbaus 41
4.2.1. Experimentplanung 41
4.2.2. Der mechanische Aufbau 42
4.2.3. Sensorik und Regelung 44
4.3. Vergleich der Experimentkonfigurationen 47
5. Messtechnik 49
5.1. Visuelle Untersuchungen mit der mitrotierenden Kamera 50
5.2. Laser-Doppler-Anemometrie 50
5.2.1. Prinzip der LDA-Messtechnik 51
5.3. Thermographische Messungen 54
5.4. Visuelle Untersuchungen mit dem Laser-Lichtschnittverfahren 55
5.5. Anwendung der Messverfahren 57
V
6. Analyse der gemessenen Geschwindigkeitszeitreihen 62
6.1. Methoden zur Analyse dynamischer Systeme 62
6.2. Anwendung in eigenen Untersuchungen 63
7. Ergebnisse 66
7.1. Untersuchungen am Vorgängerexperiment 66
7.2. Untersuchungen am Versuchsaufbau 68
7.2.1. Untersuchungen am weitem Spalt bei AT = 7,5°C 72
7.2.2. Untersuchungen am engen Spalt 92
8. Diskussion der Ergebnisse 95
9. Zusammenfassung und Ausblick 98
A. Anhang 101
A.l. Zur Fokussierung der Lichtschnittdicke des Nd:YAG Lasers 101
A.2. Physikalische Eigenschaften der eingesetzten Partikel 102
A.2.1. Spezifikation der Aluminiumpartikel 102
A.2.2. Spezifikation der LDA-Partikel 103
A.2.3. Spezifikation der Laser-Lichtschnitt-Partikel 103
A.3. Technische Beschreibung der Infrarotkamera 104
B. Eigene themenrelevante Veröffentlichungen 105
Literaturverzeichnis 107
|
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Inhaltsverzeichnis
Formel- und Symbolverzeichnis VII
1. Einleitung 1
1.1. Motivation und Problemdarstellung 1
1.1.1. Globale Konvektionsmuster der Erdatmosphäre 1
1.1.2. Ein Modellexperiment zur Untersuchung barokliner Wellen 6
1.2. Zielsetzung eigener Untersuchungen 8
2. Grundlagen 10
2.1. Mathematische Beschreibung konvektiver Bewegungen 10
2.1.1. Grundgleichungen der Hydrodynamik 10
2.1.2. Ableitung dimensionsloser Ahnlichkeitskennzahlen 13
2.1.3. Die Gleichung des thermischen Windes 16
2.1.4. Das Taylor-Proudman-Theorem 17
2.2. Beschreibung thermischer Instabilitäten in verschiedenen Geometrien 18
2.2.1. Die Rayleigh-Benard-Instabilität 18
2.2.2. Barokline Instabilität im rotierenden Zylinderspalt 19
3. Stand der Forschung 26
3.1. Allgemeiner Überblick und das erweiterte Eady-Modell 26
3.2. Existenzbereiche und reguläre und komplexe Strömungsmuster 26
3.3. Übersicht ausgewählter experimenteller und numerischer Untersuchungen 31
3.4. Abriss ausgewählter Untersuchungen zum Einfluss geometrischer Randbedingungen . . 32
4. Experimentaufbau 39
4.1. Beschreibung des Vorgängerexperiments 39
4.1.1. Der mechanische Aufbau 39
4.1.2. Sensorik und Regelung 39
4.2. Beschreibung des Versuchsaufbaus 41
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4.3. Vergleich der Experimentkonfigurationen 47
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5.1. Visuelle Untersuchungen mit der mitrotierenden Kamera 50
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5.4. Visuelle Untersuchungen mit dem Laser-Lichtschnittverfahren 55
5.5. Anwendung der Messverfahren 57
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6. Analyse der gemessenen Geschwindigkeitszeitreihen 62
6.1. Methoden zur Analyse dynamischer Systeme 62
6.2. Anwendung in eigenen Untersuchungen 63
7. Ergebnisse 66
7.1. Untersuchungen am Vorgängerexperiment 66
7.2. Untersuchungen am Versuchsaufbau 68
7.2.1. Untersuchungen am weitem Spalt bei AT = 7,5°C 72
7.2.2. Untersuchungen am engen Spalt 92
8. Diskussion der Ergebnisse 95
9. Zusammenfassung und Ausblick 98
A. Anhang 101
A.l. Zur Fokussierung der Lichtschnittdicke des Nd:YAG Lasers 101
A.2. Physikalische Eigenschaften der eingesetzten Partikel 102
A.2.1. Spezifikation der Aluminiumpartikel 102
A.2.2. Spezifikation der LDA-Partikel 103
A.2.3. Spezifikation der Laser-Lichtschnitt-Partikel 103
A.3. Technische Beschreibung der Infrarotkamera 104
B. Eigene themenrelevante Veröffentlichungen 105
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