Kompressible Strömungen

Die Forschung in diesem Gebiet konzentriert sich auf die Berechnung der Fortpflanzung starker Druckwellen. Dabei werden sowohl expandierende als auch konvergierende (implodierende) Stoßwellen betrachtet. Die hierbei durchgeführten Arbeiten untersuchen eine Vielzahl von Effekten, welche einen maßgeblichen Einfluß auf die Bewegung der Druckwelle sowie das von dieser induzierte Strömungsfeld haben können. Die entsprechenden Berechnungen berücksichtigten dabei insbesondere die Auswirkungen sogenannter Realgaseffekte, der Wärmestrahlung, der Druck- bzw. der Dichteverteilung des ungestörten Umgebungsmediums, sowie der Beladung des Gases mit Staubpartikeln. Der zeitliche Gültigkeitsbereich der im Rahmen der Ähnlichkeitstheorie erzielten Lösungen wurde zum Teil durch eine Reihenentwicklung erweitert. Die dabei erhaltenen gestörten Ähnlichkeitslösungen dienen wiederum als eine geeignete Anfangsbedingung für die Simulation des gesamten Wellenfortpflanzungsprozesses vom Anfangsstadium des starken Stoßes bis hin zum Regime der akustischen Schallwelle. Für derartige Simulationen kommt jeweils ein numerisches Charakteristikenverfahren zum Einsatz. Die experimentelle Arbeit im Bereich kompressibler Strömungen konzentriert sich auf die Anwendung optischer Messtechniken und dabei insbesondere des Schlierenverfahrens. Diese Technik erlaubt die Bewertung der Funktion von Lavaldüsen durch Visualisierung der Strömung nach dem Düsenaustritt. Das damit darstellbare Wellenbild in der Strömung hinter dem Austritt kann zeigen, ob in der Düse möglicherweise senkrechte Verdichtungsstöße auftreten, ob eventuell schräge Verdichtungsstöße an den Austrittskanten entstehen, oder ob die gewünschte Überschallströmung mit nahezu parallelen Stromlinien erreicht wird. Der entsprechende Prüfstand wird auch in Laborübungen verwendet, um Studierende mit dem Schlierenverfahren grundsätzlich vertraut zu machen und kompressibles Strömungsverhalten zu demonstrieren.