3B Scientific Laminar Flow Apparatus User Manual [en, de, fr, it, es]

3B SCIENTIFIC

Wasserstromliniengerät U8404248

Bedienungsanleitung

06/09 ELWE/ALF

®

PHYSICS

1 Velourspapierbögen
2 Tupfer für Farbstoff
3 Fläschchen mit Farbstoff
4 Acrylglaswanne, flach
5 Acrylglaswanne, hoch
6 Maske

1. Beschreibung

Das Wasserstromliniengerät dient zur Demonstration
und Untersuchung laminarer Strömungen im Wasser.
Experimente zu folgenden Schwerpunkten sind mög­lich:

Entstehung einer Strömung in Wasser
Stromlinienverlauf bei einer geradlinigen la-

minaren Wasserströmung

Stromlinienverlauf beim Umströmen verschie-

den geformter Körper

Stromlinienverlauf um eine Tragfläche bei

unterschiedlichem Anstellwinkel
Stromlinienverlauf an einer Einengung
Das Wasserstromliniengerät besteht aus zwei inein-

ander befestigten quaderförmigen Acrylglaswannen.
Die hohe Wanne ist mit einem Zwischenboden ver­sehen, so dass ihr oberer Teil mit Wasser gefüllt
werden kann. In diesem oberen Teil befinden sich
einige Scheiben Vlies. Sie binden das Wasser teilwei­se. Dadurch ist es möglich, das Gerät zu transportie­ren, ohne dass das Wasser aus der Wanne heraus­schwappt. Die untere Wanne dient als Untersatz, der
das herabfließende Wasser auffängt. Die Strömung
des Wassers vollzieht sich in rechteckigen Stücken
aus Velourspapier, deren oberes Ende in die hohe
Wanne hineinragt. Die Velourspapierbögen enthal­ten Aussparungen, die es ermöglichen, verschiedene
Strömungsverläufe zu erzeugen. Auf das Velourspa­pier wird eine Maske gesteckt. Sie besitzt Aussparun­gen, die der gleichmäßigen Markierung der Strö­mung mit Farbstoff dienen.

1

2. Lieferumfang

2 Acrylglaswannen
1 Maske
20 Blätter Velourspapier mit Aussparungen
1 Fläschchen mit Farbstoff
Tupfer für Farbstoff
Gummihandschuhe

3. Technische Daten

Abmessungen: ca. 220x140x240 mm3
Masse: ca. 1 kg

4. Funktionsprinzip

Infolge der Kapillarität und der Gewichtskraft des
Wassers wird dieses aus der oberen Wanne herausge­saugt und strömt mit geringer und konstanter Ge­schwindigkeit in dem Velourspapier nach unten.
Dort tropft es ab und sammelt sich in der flachen
Wanne. Um den Stromlinienverlauf beobachten und
aufzeichnen zu können, wird die Wasserströmung
mit Farbstoff markiert. Das erfolgt in der Nähe der
oberen Kante der mit Wasser gefüllten Küvette in
konstantem Abstand voneinander. Durch ggf. wie­derholtes Einfärben der Strömung an diesen Stellen
wird der Strömungsverlauf durch die entstehenden
farbigen Linien markiert. An den Aussparungen im
Velourspapier verändert sich der Verlauf der Strö­mung. Durch den Farbstoff werden die jeweiligen
Wege des strömenden Wassers sichtbar. Nach dem
Hindernis stellt sich allmählich der ursprüngliche
Strömungsverlauf wieder ein.

Infolge der geringen Dicken der Wasserschicht und
des Strömungswiderstandes der Fasern im Velours­papier wird die Strömungsgeschwindigkeit auf etwa
2 mm/s begrenzt. Dadurch kann man das Entstehen
des Stromlinienbildes der laminaren Strömung gut
beobachten. Ein besonderer Vorteil des Wasserstrom­liniengeräts besteht darin, dass die entstandenen
Stromlinienbilder durch Trocknen der Velourspa­pierblätter für die spätere Nutzung erhalten werden
können.

5. Bedienung

• Den oberen Teil der hohen Wanne, in der sich

die Vliesscheiben befinden, bis wenige Millime­ter unter den Rand mit Wasser füllen.

• Dann das gewünschte Velourspapierstück aus-

wählen.

• Zunächst das Papier mit Wasser tränken. Dazu

kann man Wasser über das Papier fließen lassen
oder dieses in ein flaches Gefäß mit Wasser voll­ständig eintauchen.

• Den markierten oberen Teil des Velourspapiers

nach hinten abknicken, wobei die Veloursseite
dem Betrachter zugewandt ist. Den abgeknick­ten Teil zwischen Acrylglaswand und Vliesschei­ben schieben.

• Auf der Vorderseite streicht man von oben nach

unten mit der Hand über das Velourspapier. Da­durch werden mögliche Luftblasen zwischen Ac­rylglaswand und Papier beseitigt.

• Dann die Maske über den Velourspapierbogen

auf die obere Wanne stecken (siehe Fig. 1).

Fig. 1

• Mit dem Tupfer Farbstofflösung an die Ausspa-

rungen der Maske bringen. Sollte der Farbstoff
nicht ausreichen, so kann dieser Vorgang wie­derholt werden.

• Bei Benutzung von gefärbtem Wasser darauf

achten, dass z.B. Kleidung nicht bespritzt wird.

Auf dem Velourspapier entwickelt sich schrittweise
das jeweilige Stromlinienbild.

• Danach die Maske entfernen, das Velourspapier

herausnehmen und trocknen (z.B. über einem
horizontal aufgespannten Bindfaden gehängt).

Hinweis: Die Aussparungen können leicht selbst in
entsprechende Velourspapierstücken geschnitten
werden. Dabei sind beliebige Formen und Lagen der
umströmten Körper möglich. Das Velourspapier
sollte eine möglichst helle Farbe besitzen.

6. Versuchsbeispiele

6.1. Stromlinienverlauf bei einer geradlinigen
laminaren Strömung

• Das Velourspapierblatt ohne Aussparungen ver-

wenden.

Die farbigen Linien verlaufen in konstantem Abstand
voneinander vertikal nach unten (siehe Fig. 2).

2

Fig. 2

Ergebnis: In einer geradlinigen laminaren Strömung
verlaufen alle Stromlinien parallel. Richtung und
Geschwindigkeit der Strömung sind an allen Stellen
gleich.

6.2 Stromlinienverlauf um verschieden geformte
Körper

• Nacheinander die Velourspapierbögen mit einer

tropfenförmigen, einer kreisrunden und einer
rechteckigen Aussparung in das Stromliniengerät
einführen.

Vor dem Körper teilt sich jeweils die Strömung. Die
Stromlinien verlaufen seitlich an dem Körper vorbei.
Dabei verringert sich ihr gegenseitiger Abstand. Nach
dem Körper vereinigt sich die Strömung wieder.
Zwischen den einzelnen Stromlinien tritt wieder
etwa der gleiche Abstand wie vor der Umströmung
des Hindernisses auf (siehe Fig. 3).

Fig. 3

Ergebnis: Der Strömungskörper bewirkt in seiner
unmittelbaren Nähe eine Richtungsänderung der
Strömung. Dabei nimmt die Geschwindigkeit der
Strömung zu und die Stromlinien rücken enger an­einander. Nach der Umströmung nimmt die Strö­mungsgeschwindigkeit wieder ab. Der Abstand zwi­schen den Stromlinien wird größer. Schließlich lau­fen sie wieder parallel zueinander.

6.3. Umströmung eines Tragflächenprofils

• Den Velourspapierbogen mit der Aussparung in

Form eines Tragflächenprofils einspannen.

Oberhalb der Tragfläche tritt eine starke Richtungs­änderung und Verdichtung der Stromlinien auf.
Daraus folgt eine große Strömungsgeschwindigkeit.
Unterhalb der Tragfläche nimmt die Strömungsge­schwindigkeit nicht so stark zu. Das Experiment wird

mit dem Velourspapierbogen wiederholt, in dem der
Neigungswinkel größer als Null ist. Die Richtungsän­derung der Stromlinien ist in dem oberen Bereich
besonders stark ausgeprägt. Unterhalb des Tragflä­chenprofils verlaufen die Stromlinien zunächst auf
dieses zu, um dann nach unten abgedrängt zu wer­den (siehe Fig. 4).

Fig. 4

Ergebnis: Das Stromlinienbild eines Tragflächenpro­fils lässt oberhalb des Profils die starke Geschwindig­keitszunahme infolge der eng verlaufenden Stromli­nien erkennen. Unterhalb der Tragfläche bewegt sich
die strömende Flüssigkeit bei positivem Anstellwin­kel zunächst auf die Tragfläche zu, um dann nach
unten abgelenkt zu werden.

6.4. Stromlinienverlauf an einer Verengung

• Das Velourspapierblatt verwenden, bei dem sich

Aussparungen zu beiden Seiten befinden.

Bei Annäherung an die Verengung erhöht sich die
Strömungsgeschwindigkeit. Die Stromlinien rücken
enger aneinander. Bei Verlassen der Verengung
streben die Stromlinien wieder auseinander, so dass
der ursprüngliche Stromlinienverlauf auftritt (siehe
Fig. 5).

Fig. 5

Ergebnis: An einer Verengung verringert sich der
Abstand der Stromlinien. Die Strömungsgeschwin­digkeit nimmt stark zu. Hinter der Verengung ver­größert sich der Abstand der Stromlinien wieder. Die
Strömungsgeschwindigkeit sinkt.

Elwe Didactic GmbH ▪ Steinfelsstr. 6 ▪ 08248 Klingenthal ▪ Deutschland ▪ www.elwedidactic.com

3B Scientific GmbH ▪ Rudorffweg 8 ▪ 21031 Hamburg ▪ Deutschland ▪ www.3bscientific.com

Technische Änderungen vorbehalten

© Copyright 2009 3B Scientific GmbH

3B SCIENTIFIC

Laminar Flow Apparatus U8404248

Instruction Sheet

06/09 ELWE/ALF

®

PHYSICS

1 Sheets of velour paper
2 Swad for the colour
3 Flask with dye
4 Acrylic glass basin, bottom
5 Acrylic glass basin, top
6 Mask

1. Description

The laminar flow apparatus can be used to demon­strate and examine the laminar flow in water.

It enables experiments which focus on the following
subjects:

Development of flow in water
Streamline curve of a linear laminar water flow
Streamline curve around objects with various

shapes

Streamline curve around a wing of an aero-

plane with different angles of attack

Streamline curve at a narrow point

The laminar flow apparatus consists of two cuboid
acrylic glass containers mounted one inside the
other. The large container has a separate floor, so
that its top part can be filled with water. This top
part also contains a few layers of fleece, which par­tially bind the water. It is therefore possible to
transport the equipment without spilling water out
of the container. The bottom container collects the
overflowing water. The water flows along rectangular
sheets of velour paper, whose top ends point into
the large container. The velour paper sheets have
cut-outs, which allow you to generate various flow
curves. A mask is put onto the velour paper. It con­tains cut-outs which allow you to evenly mark the
flow with colour.

1

2. Equipment supplied

2 Acrylic glass basins
1 Mask
20 Sheets of velour paper with cut-outs
1 Mini-flask with dye
Swab for dye
Rubber gloves

3. Technical data

Dimensions: approx. 220x140x240 mm3
Weight: approx. 1 kg

4. Operating principle

Due to the capillary effect and the weight of the
water, it is sucked out of the top container, slowly
and constantly flowing down the velour paper. At the
bottom end of the paper it drops down and is col­lected in the flat bottom container. In order to be
able to observe and record the streamline curve, the
water flow is marked with colour at regular intervals
near the top edge of the container filled with water.
When the flow is frequently coloured at these points,
the streamline curves are marked by the developing
colour lines. At the cut-outs in the velour paper, the
streamlines change. Due to the colour, the respective
paths of the flowing water are made visible. The
streamlines have their initial shape behind the blo­cking object. Due to the thin water layer and the
flow resistance of the fibres in the velour paper, the
flow velocity is limited to approx. 2 mm/s. It is there­fore possible to easily observe how the streamline
images of the laminar flow develop. The equipment
is distinguished by its simple testing method, its easy
handling and a safe testing performance. It has the
special advantage that the developing streamline
images can be made permanent by drying the velour
paper sheets for later use.

5. Operation

• Fill the top part of the large glass container,

which contains the fleece layers, with water up
to a few millimetres below the top edge.

• Then select the required velour paper sheet.

• Soak it with water by either letting water flow

over the paper or by completely dipping it into a
flat container filled with water.

• Bend back the marked top part of the velour

paper, with the velour side facing the observer.
Put the bent part between the acrylic glass wall
and the fleece layers.

• Smooth out the front of the velour paper with

your hand to remove possible air bubbles be­tween the wall and the paper.

• Then put the mask over the velour paper sheet

onto the top container (refer to fig. 1).

Fig. 1

• Insert the swab into the bottle with the colour

solution. Then subsequently apply the colour to
the cut-outs on the mask. If there is not enough
colour, repeat this procedure.

• When using dyes be careful not to splash them

on clothing, for example.

Step by step, the respective streamline image devel­ops on the velour paper.

• Then remove the mask, take the velour paper

out of the container and dry it, for example, by
hanging it on a horizontal cord.

Note: You may easily cut shapes yourself into the
respective pieces of velour paper. Any shape and
position for the object is possible. The velour paper
should be of a light colour.

6. Sample experiments

6.1. Streamline curve of a linear laminar flow

• Use the velour paper sheet without cut-outs.

The colour lines run vertically at regular intervals
(refer to fig. 2).

Fig. 2

2

Result: In a linear laminar flow, all the streamlines
are parallel to each other. The direction and the
velocity of the flow are constant at any point.

6.2 Streamline curve around objects with various
shapes

• Successively put the velour paper sheets with a

drop-shape, a round and a rectangular cut-out
into the streamline equipment.

In front of the object, the flow splits. The streamlines
move around the sides of the object. The intervals
between them reduce. The flow reassembles behind
the object. The individual streamlines run at regular
intervals, as in front of the object (refer to fig. 3).

Result: The streamline image of a wing profile shows
a great increase of velocity above the profile due to
the narrow streamlines. Below the wing, the fluid
flows in the direction of the wing when the angle of
attack is positive and then drifts down.

6.4. Streamline curve at a narrow point

• Use the velour paper sheet with the cut-outs on

both sides.

When the flow reaches the narrow point, its velocity
increases. The streamlines move together. After pass­ing the narrow point, the streamlines move apart, so
that the flow shows its initial streamline curve (refer
to fig. 5).

Fig. 3

Result: The flow object causes the flow to change its
direction in its close proximity. The velocity of the
flow increases and the streamlines move closer to
each other. Behind the object, the velocity of the
flow reduces. The interval between the streamlines
increases. Finally, the lines are parallel.

6.3. Streamline curve around a wing profile of an
aeroplane

• Fix the velour paper sheet with the cut-out sha-

ped like an aeroplane wing.

Above the wing, the streamlines change their direc­tions greatly and are compressed. Therefore, the
flow velocity is high. Below the wing, the flow veloc­ity only increases slowly. Repeat the experiment with
the velour paper sheet, on which the angle of attack
is larger than zero. In the top area, the directions of
the streamlines change greatly. Below the wing pro­file, the streamlines initially run in its direction and
are then drift down (refer to fig. 4).

Fig. 5

Result: At a narrow point, the interval between the
streamlines reduces. The flow velocity increases
greatly. After the narrow point, the intervals between
the streamlines increase. The flow velocity reduces.

Fig. 4

Elwe Didactic GmbH ▪ Steinfelsstr. 6 ▪ 08248 Klingenthal ▪ Germany ▪ www.elwedidactic.com

3B Scientific GmbH ▪ Rudorffweg 8 ▪ 21031 Hamburg ▪ Germany ▪ www.3bscientific.com

Subject to technical amendments

© Copyright 2009 3B Scientific GmbH