Aerodynamik der stumpfen Körper: Physikalische Grundlagen by Wolf-Heinrich Hucho

By Wolf-Heinrich Hucho

Die aerodynamische Gestaltung von Fahrzeugen wie car und Eisenbahnen, von Bauwerken wie weit gespannte Brücken, Türme oder Hochhäuser, ist eine äußerst vielschichtige Aufgabe. Ihre Auslegung basiert auf ingenieurmäßigen Verfahren, aber ihre Optimierung vorwiegend auf dem Prinzip von Trial & blunders. Dabei erweist es sich als nützlich, das anstehende challenge auf möglichst einfache Modellfälle zurückzuführen. Das vorliegende Buch stellt die dazu erforderlichen Grundlagen bereit und beschreibt, wie sie anzuwenden sind. Gegenüber der ersten Auflage wurde das Buch vollkommen überarbeitet und erweitert: um die neuen Windlastnormen, die Seitenwindstabilität von schnellen Zügen, sowie die Wechselwirkung von Aerodynamik und Statik biegeweicher Konstruktionen. Das Kapitel über die numerischen Verfahren (CFD) wurde auf den allerneuesten Stand gebracht.

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26 gezeichnet, löst die Strömung von der schrägen Kante ab; die sich bildende Scherschicht rollt sich tütenförmig auf. Es entsteht ein Längswirbel, der stabil ist. 26: Aufrollen einer Scherschicht an einer schräg umströmten Kante zu einem tütenförmigen Wirbel; links die räumlichen Stromlinien, rechts die „Wandstromlinien“, die man aus einem Anstrichbild ableiten kann. Stabil bleibt diese Scherschicht aber nur dann, • • wenn der Neigungswinkel α der Ablösekanten vergleichsweise klein ist und sich ihnen kein zu starker Druckgradient entgegenstellt.

29). 14: Geschwindigkeitsverteilung in der gesamten turbulenten Gleichdruckgrenzschicht; nach Rotta (1972); ⋅−⋅−⋅−⋅ „wake function“ 21 Zitiert bei Schlichting (1965). 22 In Lehrbüchern wird diese wandnahe Schicht häufig als „laminare Unterschicht“ bezeichnet. Diese Bezeichnung wird hier jedoch nicht gebraucht, ist es doch gerade diese Schicht, in der sich die Turbulenz bildet. 3 Grenzschicht 31 Die Summe dieser Schichten erstreckt sich somit nur über ca. 15 % der Grenzschichtdicke δ. Im äußeren Bereich der Grenzschicht, 3⋅103 < y+, dort, wo sie allmählich in die reibungsfreie Außenströmung übergeht, hat die Geschwindigkeitsverteilung u(y) eine ähnliche Form, wie sie am Rand eines Freistrahls oder eines Windschattens beobachtet wird.

In unmittelbarer Wandnähe gilt dieses Gesetz jedoch nicht. 31) Die Gln. 13 dargestellt. Innerhalb der turbulenten Grenzschicht lassen sich demnach die folgenden Schichten unterscheiden: • die viskose Unterschicht, 0 < y+ < 5, Gl. 31); • eine Übergangsschicht, 5 < y+ < 60; • die vollturbulente Schicht, 60 < y+ < 3⋅103, Gl. 29). 14: Geschwindigkeitsverteilung in der gesamten turbulenten Gleichdruckgrenzschicht; nach Rotta (1972); ⋅−⋅−⋅−⋅ „wake function“ 21 Zitiert bei Schlichting (1965). 22 In Lehrbüchern wird diese wandnahe Schicht häufig als „laminare Unterschicht“ bezeichnet.

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