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Verfahren und Vorrichtung zur Veranschaulichung von Gasströmungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Veranschaulichen
von Gasströmungen, insbesondere Luftströmungen, mit Hilfe von Schwebeteilchen, die
den zu beobachtenden Strömungen einverleibt werden.
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Es ist schon bekannt, der zu beobachtenden Strömung Rauch oder Salmiaknebel
einzuverleiben. Die Verwendung dieser Mittel hat jedoch den großen Nachteil, daß
der Salmiaknebel oder der Rauch sich sehr rasch nach allen Seiten ausbreitet und
daher keine klare Vorstellung von dem Verlauf der Strömungsfädengibt. Der Grund
für diese rasche seitliche Ausbreitung der genannten Stoffe ist der, daß sowohl
der Salmiakfaden als auch der Rauchfaden nicht aus einer Kette einzelner Salmiak-
oder Rauchteilchen bestehen, sondern daß immer mehrere Schwebeteilchen nebeneinanderliegen.
Besonders störend ist diese Eigenschaft der genannten Mittel dann, wenn @es sich
um die Untersuchung von turbulenten Strömungen handelt, bei denen die Strömungslinien
nicht in einer bestimmten Ebene Eegen.
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Die Nachteile der bekannten Mittel zum Veranschaulichen von Strömungslinien
werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß als Schwebeteilchen Seifenbläschen
in einer solchen Anordnung benutzt werden, daß sie einen Strömungsfaden bilden,
dessen Querschnitt gleich dem eines einzelnen Seifenbläschens ist.
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Da erfindungsgemäß nicht mehrere Seifenbläschen nebeneinander in dem
zu veranschaulichenden Strömungsfaden liegen, kommt die Störung in Fortfall, welche
bei Verwendung der bekannten Mittel zum Veranschaulichen des Strömungsfadens durch
das Nebeneinanderliegen mehrerer Schwebeteilchen hervorgerufen wird. Bei Verwendung
von Seifenbläschen wird das Bild :eines Strömungsfadens getreu wiedergegeben, auch
wenn der Strömungsfaden, wie dies bei turbulenten Strömungen die Regel ist, Komponenten
in allen drei Richtungen des Raumes hat.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Seifenblasen besteht darin,
daß sie gefärbt werden können. Ferner bilden sie bei ihrer Beleuchtung durch -eine
Lichtquelle glänzende Punkte, wodurch die photographische Aufnahme des von den Seifenblasen
gebildeten Strömungsfadens sehr erleichtert wird.
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Was die Aufeinanderfolge der genannten Bläschen anbelangt, so wird
diese zweckmäßig derart gewählt, daß das Auge wegen seiner Trägheit, mit der es
auf Lichteindrücke reagiert, die Unterbrechung zwischen dem Vorbeigang eines Bläschens
und dem des folgenden nicht wahrnimmt, so daß die
von den Bläschen
beschriebene Bahn wie ein leuchtendes Band erscheint.
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Die Vorrichtung, die zur Aussendung der Seifenbläschen dient, muß
derart ausgebildetsein, daß ein Druckluftstrom auf SeifenwaSY wirkt, um auf diese
Weise Bläschen zu den, die einerseits genügend widerstandsfähig sind, um die notwendige
Strecke, ohne zu platzen, zurückzulegen, andererseits klein genug sind, um die Untersuchung
auch derjenigen Strömungsfäden, insbesondere der Luftfäden, die sich ganz nahe dem
umströmten Körper befinden, zu ermöglichen, und schließlich .eine so geringe Trägheit
haben, daß sie allen Krümmungen der Strömungsbahn folgen können.
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Hierzu dient gemäß der Erfindung eine in der zu beobachtenden Strömung
und parallel zu ihrer Hauptrichtung angeordnete längliche, beispielsweise stromlinienförmige
Düse, in deren Mündungsstück zwei Leitungen münden, von denen die eine mit Druckgas,
beispielsweise Druckluft, und die andere mit Seifenwasser gespeist wird. Das Mündungsstück
weist eine sich konisch nach außen erweiternde Mündungsöffnung auf, welche durch
einen engen Kanal an eine im Innein des Mändungsstücks liegende -konische Kammer
angeschlossen ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i eine Vorrichtung zur Erzeugung
von luftgefüllten Blasen in Seitenansicht und teilweise im Schnitt.
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Fig.2 ist eine Ansicht von hinten auf einen Teil des Gegenstandes
der Fig, i.
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Die Fig.3, 4. und 5 stellen Einzelheiten der Vorrichtung dar.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung luftgefüllter
Seifenblasen kann bei einem Windkanal angewendet werden, der zur Untersuchung der
aerodynamischen Widerstandskoeffizienten von Körpern dient. In diesem Fall bezweckt
die Vorrichtung, die Beobachtungen der Strömungslinien, die die Luft um den genannten
Körper beschreibt, zu ermöglichen.
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Die Vorrichtung besteht aus einer spindelförmigen Düse i, die in dem
Windkanal koaxial mit den zu beobachtenden Strömungslinien und vor dem Körper, dessen
aerodynamische Eigenschaften untersucht werden sollen, angeordnet ist. Die Düse
ist mit zwei Leitungen z und 3 versehen, von denen die ,eine mit Druckluft und die
andere mit Seifenwasser gespeist wird. Die genannten Leitungen werden -entweder
Seite an Seite angeordnet, wie. dies aus Fig.3 ersichtlich ist, oder sie können
auch koaxial ineinanderliegen, wie dies Fig. q. angibt. In dem letztgenannten Fall
kann die Luft beispielsweise durch die innenliegende Leitung zugeführt werden.
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'. Die Düse i ist an ihrem Ende mit einem IV1,ünduugsstück .l versehen,
das dazu dient, die Bildung und die Abgabe der Blasen 'zu :erleichtern. Dieses Mündungsstück
umfaßt insbesondere eine konische Kammer 5, an deren Wandungen das Seifenwasser
durch Kapillarität .entlang gleitet. Ferner ist in dem Mündungsstück eine sehr enge
Bohrung 6 von einigen Zehnteln Millimeter Durchmesser vorgesehen, in der sich das
Seifenwasser sammelt. Schließlich weist das Mündungsstück einen sich erweiternden
Konus 7 auf, auf dessen Wandungen sich die Seifenblasen bilden, um sich dann von
der Kante, die die Mündung 8 des Konus begrenzt, abzulösen.
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Die Vorrichtung ist ferner mit Mitteln zur Regelung der Größe und
des Gewichts der Blasen versehen. Diese Mittel bestehen beispielsweise aus Ventilen
9 und i o, welche iu die Leitungen 2 und 3 eingeschaltet sind und mit deren Hilfe
der Druck der Luft bzw. der Flüssigkeit abgeändert werden kann. Auch kann man zur
Veränderung der Dimensionen und des Gewichts der Blasen die Größe der Mündung 8
des Miindungsstücks q. abändern.
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Zu dem letztgenannten Zweck kann `ein Satz von Mündungsstücken mit
verschiedenen Mündungsöffnungen vorrätig gehalten werden, so daß man die Mündungsstücke
auswechseln kann. Die Mündungsstücke werden dann an dem Ende der Düse i abnehmbar
befestigt. Die Mündung des Mündungsstücks kann aber auch derart ausgebildet werden,
daß ihre Größe veränderlich ist. Zu diesem Zweck ist beispielsweise die Basis 8
des Konus 7 durch eine Blende in der Art, wie sie für photographische Apparate verwendet
wird, teilweise verschließbar.
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Wenn die Düse i auf einem Arm i i angeordnet ist, der senkrecht zu
ihr verläuft, so ,empfiehlt .es sich, den Apparat noch durch ,einen Fortsatz 12
zu vervollständigen. Letzterer ist finit Bezug auf die Düse i symmetrisch zum Arm
i i angeordnet. Auf diese Weise wird :eine Unsymmetrie der Luftströmung verhindert,
die den regelmäßigen und geradlinigen Abgang der Blasen stören könnte.
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Mit einem oder mit mehreren der beschriebenen Apparate zur Erzeugung
von Blasen lassen sich die Strömungslinien der Luft um einen Körper ohne weiteres
sichtbar machen.
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Wenn. man auch schon allein mit den vorstehend beschriebenen Mitteln
günstige Resultate erzielt, so empfiehlt es sich doch in vielen Fällen, auch noch
mit dem Apparat zur Erzeugung der Blasen eine Vorrichtung zu verbinden, mit deren
Hilfe die Geschwindigkeit
der zu beobachtenden Strömung in der
Nachbarschaft der Mündung 8, von der, aus die Blasen durch die zu beobachtenden,-Lu;ftfäden
mitgenommen werden, in regel-'barer Weise abänderbar ist. - ' Wenn die Mitnahmegeschwindigkeit
der Blasen groß ist, empfiehlt es sich, den Durchmesser der Blasen zu vergrößern
und damit ihre mittlere Dichte zu verringern. Zu dem Zweck muß aber die Geschwindigkeit
in der Nähe der Mündung 8 verkleinert werden. Um dies zu erreichen, wird die Düse
i mit einem ringförmigen Körper 13 umgeben, der vor der Mündung 8 eine Einschnürung
1 4 und dann im Bereich dieser Mündung eine Aus-. dehnungskammer 15 aufweist. Die
Kammer 15 setzt sich in einem Diffusor 16 fort, dessen Austrittsquerschnitt der
Abmessung der Blasen angepaßt ist und welcher die :Blasen bei ihrem Austritt ,aus
dem Apparat führt.
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Dadurch, daß die Abmessungen des Drosselrings 1¢ verändert werden,
läßt sich die Mitnahmegeschwindigkeit der Blasen und somit ihr Durchmesser verändern.
Zur Veränderung des Durchmessers des Drosselkanals 1 ¢ kann man die in Fig. 5 veranschaulichte
Einrichtung benutzen. Gemäß dieser Figur bestehen die Wände des Drosselkanals aus
einem auswechselbaren Körper; ein ganzer Satz von verschiedenen Einsatzkörpern mit
verschiedenen Innendurchmessern ermöglicht es, durch Ersetzung des einen Einsatzkörpers
durch .einen anderen den Zwischenraum zwischen der Innenwand dieses Einsatzkörpers
und der Düse i abzuändern.
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Zur Regelung der Abmessungen des Drosselkanals kann man aber auch
eine Blende benutzen, mit deren Hilfe eine allmähliche Abänderung des Drosselquerschnitts
herbeigeführt werden kann.