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Vollständige Differentialgleichung des Wärmetransportes

Nachdem die einzelnen Terme der Transportgleichung hergeleitet wurden, kann die vollständige Differentialgleichung des Wärmetransportes an der Wasseroberfläche angegeben werden. Diese wird in Kapitel 5 zur Simulation der Vorgänge innerhalb der Grenzschicht verwendet. Wie bereits erwähnt wurde, wird dabei für den turbulenten Transport das Surface Renewal Modell verwendet. Mit den Ergebnissen (4.9), (4.11), (4.25), (4.32), (4.37) und (4.39) ergibt sich die Transportgleichung (4.4) zusammenfassend zu:


 eqnarray2513
mit der Zusatzbedingung
 equation2534

Dabei bedeutet:


tabular2542

In Gleichung (4.44) wird die Temperatur mit tex2html_wrap_inline13804 bezeichnet. Durch den Lösungsansatz des Surface Renewal Modells, zur Simulation der Restturbulenz (Abschnitt 4.2), entspricht tex2html_wrap_inline13804 dem statistischen Mittelwert tex2html_wrap_inline14156 der Temperaturverteilung. Der Laser wird, bei wiederholter Durchführung des Experiments, immer zur gleichen Zeit und für die gleiche Zeitdauer angeschaltet. Daher gilt der Quellenterm sowohl für den statistischen Mittelwert als auch für ein einmaliges Aufheizen. Die Temperatursenken durch Volumenemission langwelliger Strahlung und durch die Oberflächenflüsse sind konstant über eine Zeitdauer von mehreren Minuten. Bei mehrmaliger Durchführung des Experimentes liefern sie zu jedem Zeitpunkt dieselbe Temperaturerniedrigung. Dadurch gelten die Quellen- und Senkenterme sowohl für die gemittelte Temperaturverteilung der Simulation, als auch für ein einmaliges Durchführen des Experimentes.

Die Lebensdauer tex2html_wrap_inline12236 eines Wasserelementes zwischen zwei Surface-Renewal-Effekten mu\3 experimentell bestimmt werden. Wird die Simulation für verschiedene Werte von tex2html_wrap_inline12236 durchgeführt, so lä\3t sich tex2html_wrap_inline12236 für eine bestimmte Windgeschwindigkeit durch Vergleich der Messungen mit der Simulation abschätzen.



Horst Haussecker
Tue Jan 14 19:32:36 MET 1997