Die Farbfadenmethode
Die Strömung wird durch Farbfäden, die über einen Rechen aus Kanülenrohren eingeleitet wird, sichtbar gemacht. Der Rechen ist in Horizontalen entlang der Strömung und quer dazu traversierbar. Dadurch lässt sich die Staupunktlinie leicht einstellen. Der nötige Förderdruck wird über ein höhergelegenes und in der Höhe verstellbares Farbreservoir erzeugt. Die Geschwindigkeit der Farbfäden soll der Geschwindigkeit der Grundströmung im Versuchsbereich entsprechen. Ist dies nicht der Fall, so zerfallen die Farbfäden durch die entstehende Scherschicht nach kurzer Wegstrecke. Der Farbrechen ist in Abbildung. 1 dargestellt.
Eine saubere Einstellung der Geschwindigkeiten zwischen der Grundströmung und den Farbfäden zeigt Abbildung 2.
Als Farbstoff eignet sich Wasser oder Milch vermischt mit Lebensmittelfarbe, Methylblau oder Kaliumpermanganat in Wasser gelöst, sowie verdünnte Tinte. Ein Nachteil der Farbfadenmethode im Umlaufbetrieb ist die zunehmende Verschmutzung des Kanals.
Abbildung 3 zeigt den Kanal vorbereitet für die Farbfadenmethode. Führt man die Versuchstrecke des Kanals über einen Overheadprojektor, so lassen sich die Darstellungen vergrößert auf eine Leinwand projezieren und so einem großen Publikum zeigen.
Die Wasserstoffblasenmethode
Die Wasserstoffblasenmethode führt zu keiner nennenswerten Verschmutzung des Kanals. Nachteilig ist jedoch der hohe Beleuchtungsaufwand um die Wasserstoffblasen sichtbar zu machen. Die Beleuchtung und damit Sichtbarmachung der Wasserstoffblasen geschieht durch eine horizontale Laserlichtebene, die genau auf die Ebene des Blasenteppichs trifft.
Die Erzeugung der Wasserstoffblasen erfolgt elektrolytisch, wobei das Wasser als Elektrolyt dient. Die H²-Blasen entstehen am negativen Pol, der Kathode, die O²-Blasen am positiven Pol, der Anode. Eines der Lochbleche im Zustrombereich kann als Anode dienen. Es wird in einem Gleichspannungsbereich von 20- 60 V gearbeitet, abhängig von Drahtlänge und – Durchmesser. Als Kathode wird ein Platindraht von 0,05 mm Durchmesser verwendet. Siehe Abbildung 4.
An dem Platindraht entstehen kleinste Wasserstoffblasen, die von der Strömung kontinuierlich mitgerissen werden und so einen Blasenteppich bilden. Da die Blasen nur einen sehr geringen Durchmesser besitzen, steigen sie auch nur sehr langsam auf und bleiben entlang der Versuchsstrecke näherungsweise in einer horizontalen Ebene. Ein größerer Drahtdurchmesser würde zu einem größeren Durchmesser der Wasserstoffblasen führen und so zu einer größeren Aufstiegsgeschwindigkeit. Der Blasenteppich würde sich dann nach kurzer Wegstrecke (entlang einer Wurfparabel) aus der gewünschten horizontalen Ebene entfernen.
Die Wasserstoffblasenmethode bietet weiterhin die Möglichkeit durch einen Intervallschalter die Spannung zwischen Kathode und Anode in gewünschten Intervallen zu- oder abzuschalten. Dadurch lassen sich aufeinanderfolgende Blasenstreifen erzeugen, die zur Geschwindigkeitsmessung, aber auch zur Darstellung strömungstechnischer Phänomene, wie der Grenzschichtausbildung genutzt werden können. Abbildung 5 zeigt die Schaltung schematisch.
Abbildung 6 zeigt damit erzeugte Blasenstreifen, die man auch als Zeitlinien bezeichnen kann.
Die Beleuchtung geschieht, wie oben erwähnt, durch eine Laserlichtebene. Hierzu wird ein Laserstrahl auf eine vertikal stehende Zylinderlinse gerichtet, wodurch eine perfekte horizontale Lichtebene erzeugt wird. Die Höhe und Neigung des Kathodendrahtes (und damit des Blasenteppichs) sowie die Höhe und Neigung der Laserlichtebene müssen genau aufeinander ausgerichtet sein, um eine optimale Ausleuchtung der Darstellung zu ermöglichen. Siehe Abbildung 7
Die Partikelmethode
Die Partikelmethode eignet sich besonders zur Darstellung der Strömung hinter einem bewegten Körper in einer ruhenden Flüssigkeitsschicht. Als Partikel lassen sich Aluminiumpulver, Iriodin oder Bärlappsamen verwenden. Man bestreut die Wasseroberfläche möglichst gleichmäßig mit den Partikeln und schleppt dann interessierenden Körper möglichst gleichmäßig durch die Flüssigkeitsschicht.
Will man dies fotografisch festhalten, so sind lange Belichtungszeiten (ca ¼ s) nötig. Man erhält so einen Eindruck von dem Stromlinienverlauf.