Axialventilatoren (AV) werden in allen Baugrößen in der Industrie und im privaten Bereich z.B. zur Belüftung von Computern, Räumen, Bergwerken, Straßenbahn- und U-Bahnschächten etc. eingesetzt. In den meisten Anwendungen werden heute hohe gesetzliche Anforderungen an die Energieeffizienz (z.B. durch die ErP-327/2001) und an die Geräuschemission gestellt. Industrielle Optimierungen zielen deshalb darauf ab, Ventilatoren zu entwickeln, die mit einem möglichst weiten Betriebsbereich effizient und leise arbeiten. Abb. 1 zeigt zur Veranschaulichung zwei typische AVs.

In dem Vorhaben wird untersucht, wie der Umschlag der Grenzschicht vom laminaren zum turbulenten Strömungszustand mit Stolperdrähten und Kavitäten gezielt erzwungen werden kann. Dadurch soll die Ablösung und die damit verbundenen hohen Strömungsverluste und der durch die Ablösung generierte Lärm vermieden bzw. verringert werden. Das Prinzip der Umschlagserzwingung mittels Stolperdrahts und Kavität ist in der Abb.2 anhand der Plattenströmung gezeigt.

Obwohl das Problem des Umschlags laminar/turbulent in der Strömungsmechanik für die Plattenströmung und – wenn auch nicht vollständig – für die Profilumströmung erforscht ist, bleiben für die Anwendungen der Ventilatortechnologie Fragen offen. Diese Fragen umfassen die Lage und Dicke bzw. Größe des Drahtes bzw. der Kavität. Z.B. kann ein zu dünner Draht bzw. eine zu kleine Kavität an einer gewissen Stelle auf der Saugseite der Blätter keinen Effekt haben, wohingegen ein zu dicker Draht bzw. eine zu große Kavität dazu führt, dass die Strömung vollständig ablöst, womit das Gegenteil des beabsichtigten Effekts erreicht wird. 

Ob der Umschlag mit Stolperdrähten oder Kavitäten gezielt erzwungen und damit die Strömungsverluste und der Schallpegel reduziert werden können, ist die Forschungsfrage des beabsichtigten Vorhabens. Drähte sind nicht unbedingt einfach auf Schaufelblätter zu befestigen ohne dass sich ihre geometrischen Ausdehnungen z.B. durch einen Klebstoff verändern – man bedenke, dass die Drähte sehr dünn sind, z.B. 0.3mm. Drähte können jedoch für bereits bestehende AVs zur Anwendung kommen, ohne einen AV demontieren zu müssen. Kavitäten lassen sich mit modernen Fertigungsverfahren – z.B. durch Lasern oder Fräsen - vergleichsweise einfach und mit großer Präzision in ein Profil einbringen.