Abstract
Visual investigations have been made of threedimensional transition phenomena in the boundary layer along a vertical heated plate in water in free convection under controlled forced disturbances. Regions of intense shear as well as longitudinal vorticity have been noted in the course of the amplification of the Tollmien-Schlichting disturbance waves. In the outer region of the boundary layer longitudinal vortices were observed, occurring relatively early. In their amplification and decay process they rapidly destroy the regularity of the inflow to the boundary layer and indirectly affect the transition development nearer to the wall.
Zusammenfassung
An einer vertikalen geheizten Platte in Wasser wurden die bei freier Konvektion auftretenden dreidimensionalen Umschlagvorgänge in der Grenzschicht bei gesteuerten, erzwungenen Störungen sichtbar gemacht und untersucht. Im Laufe der Anfachung der Tollmien-Schlichting-Störwellen traten Gebiete intensiver Scherspannung und longitudinaler Wirbelstärkekonzentration auf. In der äußeren Zone der Grenzschicht zeigten sich relativ früh Längswirbel. Im Verlauf ihrer Anfachung und ihres weiteren Zerfalls zerstörten sie rasch die Regelmäßigkeit der Einströmung in die Grenzschicht. Dadurch beeinflußten sie indirekt die weitere Entwicklung des Umschlags in Wandnähe.
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References
Eckert, E. R. G., E. Soehngen u.P. F. Schneider: Studien zum Umschlag laminar-turbulent der freien Konvektionsströmung an einer senkrechten Platte. 50 Jahre Grenzschichtforschung, herausgeg. v.H. Görtler undW. Tollmien, S. 407/418, Braunschweig: Vieweg 1955.
Čolak-Antić, P.: Dreidimensionale Instabilitätserscheinungen des laminar-turbulenten Umschlags bei freier Kon- vektion längs einer vertikalen geheizten Platte. Sitzungsber. Heidelberg. Akad. Wiss. Math. Naturw. Kl., 6 Abh. (1964) S. 315/416.
Čolak-Antić, P.: Hitzdrahtmessungen des laminarturbulenten Umschlags bei freier Konvektion. Jahrbuch 1964 der WGLR, S. 172/176, Braunschweig 1965.
Szewczyk, A. A.: Stability and transition of the freeconvection layer along a vertical flat plate. Intern. J. Heat Mass Transfer 5 (1962), pp. 903/914.
Kurtz Jr.,F. andS. H. Crandall: Computer aided analysis of hydrodynamic stability. J. Math. and Phys. 41 (1962) pp. 264/279.
Sparrow, E. M., F. K. Tsou andE. P. Kurtz Jr.: Stability of laminar free-convection flow on a vertical plate. Phys. Fluids 8 (1965) pp. 1559/1561.
Nachtsheim, P. R.: Stability of free-convection boundary layer flows. NASA TN D-2089 (1963).
Polymeropoulos, C. E. andB. Gebhart: Incipient instability in free convection laminar boundary layers. J. Fluid Mech. 30, part 2 (1967) pp. 225/239.
Knowles, C. P. andB. Gebhart: The stability of the laminar natural convection boundary layer. J. Fluid Mech. 34, part 4 (1968) pp. 657/686.
Dring, R. P. andB. Gebhart: An experimental investigation of disturbance amplification in external laminar natural convection flow. J. Fluid Mech. 36, part 3 (1969) pp. 447/464.
Gebhart, B.: External Natural Convection Flows. Appl. Mech. Rev. (1969) pp. 691/701.
Benney, D. J.: Finite amplitude effects in an unstable laminar boundary layer. Phys. of Fluids 7 (1964) pp. 319/326.
Greenspan, H. P. andD. J. Benney: On shear-layer instability, breakdown and transition. J. Fluid Mech. 15, part 1 (1963), pp. 133/153.
Stuart, J. T.: The production of intense shear layers by vortex stretching and convection. AGARD Report 514 (1965).
Velte, W.: Beiträge zur hydrodynamischen Stabilität. Proc. XIth Intern. Cong. Appl. Mech., Munich 1964, pp. 807/810, Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1965.
Menzel, K.: Über eine nichtlineare dreidimensionale Instabilität laminarer Grenzschichtströmungen. Forschungsbericht DLR FB 69-48, DFVLR 1969.
Birch, W. D.: On the stability of free convection boundary layers on a vertical flat plate. M. S. Thesis, Air Force Inst. Techn. Wright-Patterson AFB, Ohio 1959.
Chartier, Ch.: Etude expérimentale des sillages des ailes. Publ. sci. et techn. secrét. état aviation (France) No. 178 1942.
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Dedicated to Professor Dr.Klaus Oswatitsch on the occasion of his 60th birthday.
This research, conducted at the DFVLR-Institute in Freiburg, has additionally been supported by grants and loan of instrumentation by the Deutsche Forschungsgemeinschaft.
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Čolak-Antić, P., Görtler, H. Flow visualization studies of free convection laminar-to-turbulent transition along a heated vertical plate in water induced by two-dimensional forced disturbances. Warme- und Stoffubertragung 4, 25–31 (1971). https://doi.org/10.1007/BF01002759
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF01002759