Demonstrationsexperimente zum Arbeitsgebiet Nichtlineare Systeme und Strukturbildung

Dr. J. Berkemeier, Prof. Dr. H.-G. Purwins

Taylor-Couette Strömung

Aufbau

Das Experiment besteht aus zwei konzentrischen Zylindern. Der äußere feststehende Glaszylinder hat einen Innendurchmesser von 5 cm und, eine Wandstärke von 3 mm und eine Höhe von 25 cm. Der innere rotierende Zylinder besteht aus Aluminium und hat einen Durchmesser von 4 cm. Der Zwischenraum ist mit einer Mischung aus 50% Glycerin und Wasser gefüllt. Zur Sichtbarmachung der Strömung ist der Flüssigkeit etwas Aluminiumpulver beigemischt worden. Unten ist der innere Zylinder mit einer kegelförmigen Bohrung auf einer kegelförmigen Spitze gelagert. Oben ist der Zylinder mit einem Motor an der Halterung befestigt. Der Motor wird mit Gleichspannung betrieben und verfügt über einen Drehzahlmesser. Über eine Elektronik wird die Drehzahl des Motors geregelt. Für das Experiment werden Drehzahlen von ca. 0.5 s^-1 bis ca. 5 s^-1 benötigt.

Durchführung

Da das Alupulver in der Flüssigkeit nach unten sinkt, sollte die Flüssigkeit erst kurz vor der Durchführung eingefüllt werden. Bei einer Drehzahl unter 0.8 s^-1 ist die Strömung laminar, ab 0.8 bis 0.9 s^-1 bilden sich Ringe aus, ab ca. 1.2 s^-1 wird die Strömung turbulent (Abb. 3). Nach dem ändern der Drehzahl immer etwas warten, bis das System reagiert hat.