Spiral vortices in boundary layer transition regime on a rotating disk

Summary Behavior of spiral vortices on a disk rotating in still fluid is studied theoretically and experimentally in detail. A linear stability analysis, in which effects of streamline curvature and Coriolis force are considered, gives a critical Reynolds number at the onset of instability close to the one measured here by using a hot wire probe. Gradient of the vortex axis is determined under a condition of the maximum amplification. Flow patterns in the transition regime are experimentally visualized. The results show that the number of the spiral vortices is 31 or 32 as mean value and the gradient of the vortex axis decreases from 14° to 7° as the local Reynolds number is increased.

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Spiral-Wirbel im Umschlagbereich der Grenzschicht an einer rotierenden Scheibe

Zusammenfassung Das Verhalten der spiralen Wirbel an einer in ruhender Flüssigkeit rotierenden Scheibe wird theoretisch und experimentell eingehend untersucht. Eine lineare Stabilitätstheorie, in welcher der Einfluß von Krümmung der Stromlinien und Coriolis-Kraft in Betracht gezogen wird, ergibt eine kritische Reynolds-Zahl des Indifferenzpunktes, die gut mit dem mit einem Hitzdrahtgerät gemessenen Wert übereinstimmt. Der Gradient der Wirbelachse wird unter der Bedingung der maximalen Anfachung bestimmt. Der Strömungsvorgang im Umschlagbereich wird experimentell sichtbar gemacht. Dadurch ergibt sich, daß die Anzahl der an der Scheibe auftretenden Wirbel 31 oder 32 im Mittel beträgt, und der Gradient der Wirbelachse mit zunehmender lokaler Reynolds-Zahl von 14° bis zu 7° abnimmt.

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With 12 Figures

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Dedicated to Professor Dr. Henry Görtler on the occasion of his seventieth birthday