Strömungsmesstechnik

4. Wandreibungsmessung (S. 79-80)

Die experimentelle Ermittlung örtlicher oder auch integraler Reibungskräfte, die ein Fluid infolge seiner Viskosität auf einen Strömungskörper ausübt, ist in der Strömungstechnik im wesentlichen aus zweierlei Gründen von Bedeutung: Zum einen geben die gemessenen Reibungskräfte Aufschluss über die viskositätsbedingten Widerstandsanteile eines Strömungskörpers, wie bereits einleitend in Bild 1.1 gezeigt wurde. Da diese Reibungswiderstände ebenso wie die Druckwiderstände bei jedem technischen Strömungsprozess durch die Antriebsleistung aufgebracht werden müssen, spielen Reibungswiderstände bei der Optimierung von Strömungsprozessen oder auch der Auslegung von umströmten Körpern, z.B. von Flugzeugen, eine ganz wesentliche Rolle. Diese große Bedeutung kann besonders eindrucksvoll an der Gesamtwiderstandsbilanz eines Verkehrs.ugzeugs veranschaulicht werden, Bild 4.1. Aus dieser Bilanz geht hervor, dass die von der umströmenden Luft auf die Flugzeughaut insgesamt ausgeübte Reibungskraft im Reise.ug nahezu 50% des Gesamtwiderstandes ausmacht, dementsprechend die halbe Antriebsleistung aufzehrt und damit letztlich auch den halben Kraftsto.verbrauch verursacht. Gemessene Verteilungen der Reibungskräfte auf einem Tragflügel, wie in Bild 1.2 für einen Windkanalversuch gezeigt wurde, spielen daher eine große Rolle bei der Auslegung moderner Tragflügelprofile.

Neben diesen Widerstandsbetrachtungen spielt die lokale Wandreibung insbesondere auch eine Rolle bei der Beschreibung wandnaher Grenzschichtströmungen, z.B. in Form von Grenzschichtähnlichkeitsgesetzen, Bild 1.5, deren Formulierungen auf Parametern basieren, die auch von der lokalen Wandschubspannung bzw. der Schubspannungsgeschwindigkeit abhängen (siehe nachstehende "Definitionen"). Die Bedeutung der örtlichen Wandreibung für wandnahe Strömungsbereiche spiegelt sich u.a. auch in der Formulierung von Kalibrationsparametern wider, z.B. bei der in Bild 2.9 gezeigten Fehlerbetrachtung für statische Druckmessbohrungen in Abhängigkeit von einer charakteristischen Reynolds-Zahl, in diesem Fall gebildet mit der wandreibungsproportionalen Schubspannungsgeschwindigkeit uô .