Volume 5, Numbers 3-4, 237-253, DOI: 10.1007/BF01178662

Die instationäre Anlaufströmung in einem rotierenden Topf unter Berücksichtigung des Bodeneinflusses

G. -A. Euteneuer, J. T. Heynetz and H. Siedenkersting

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Abstract

Die Berechnung der instationären Anlaufströmung einer zähen Flüssigkeit in einem plötzlich in Rotationsbewegung versetzten oben offenen Topf erfolgt unter Berücksichtigung des Bodeneinflusses durch die Übertragung eines vonE. H. Wedemeyer für Zylinder mit einem Boden und mit einem Deckel entwickelten Näherungsansatzes. Die Lösung der vollständigen resultierenden nicht-linearen parabolischen Differentialgleichung geschieht mittels eines einfachen Differenzenverfahrens. Zu Vergleichszwecken wird als Grenzfall die analytische Lösung für reine Zylindersymmetrie ohne Sekundärbewegung skizziert. Experimentelle Untersuchungen sind an Töpfen bei unterschiedlichen Außenradien und Flüssigkeitshöhen und bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten mit wasserartigen Flüssigkeiten vorgenommen worden. Die ermittelten Geschwindigkeitsprofile zu verschiedenen Zeiten stimmen mit den theoretischen Resultaten gut überein. Die Anlaufzeiten biszum Erreichen des stationären Endzustandes ergeben sich als Funktionen der Flüssigkeitshöhe und derReynoldsschen Zahl.
The nonstationary transient flow of a viscous liquid in a suddenly rotating open pot is determined, taking the influence of the bottom into account, by utilizing ideas developed byE. H. Wedemeyer for a cylinder with bottom and cover. The complete resulting nonlinear parabolic differential equation is solved using a simple finite difference method. For comparison, the analytic solution for pure cylindrical symmetry without secondary motion is sketched as a limiting case. Experiments have been conducted with waterlike liquids in pots with varying diameters, liquid height, and angular velocities. The velocity profiles at different times are in good agreement with theoretical results. The time necessary to reach stationary flow turns out to be a function of the height of the liquid, and of theReynolds number.

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