Experimentelle Untersuchung wandnaher Transport- und Strukturbildungsprozesse in turbulenter Rayleigh-Bénard-Konvektion

Der Wärmetransport von einer festen Oberfläche zu einem angrenzenden Fluid ist für eine Vielzahl von natürlichen und technischen Strömungsprozessen relevant. Obwohl die physikalischen Grundlagen des konvektiven Wärmeüberganges seit fast 100 Jahren mit hoher Intensität studiert werden, sind wir von einem umfassenden Verständnis der dabei ablaufenden Vorgänge noch weit entfernt. Neue Ideen könnten dazu beitragen, z. B. Prozesse der Energiegewinnung zu optimieren, Klimaveränderungen besser vorherzusagen oder aber auch die Behaglichkeit in abgeschlossenen Räumen zu steigern. Am Großgerät "Ilmenauer Fass", einer weltweit einzigartigen Anlage, an der turbulente Konvektionsströmungen mit unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung studiert werden können, soll in diesem Projekt die Rolle kohärenter Strukturen beim konvektiven Wärmetransport untersucht werden. Zusammen mit den theoretischen und numerischen Arbeiten im Teilprojekt (RB-2) soll insbesondere deren Beitrag zum Wärmetransport im wandnahen Bereich quantifiziert werden. Unter Verwendung bildgebender Strömungsmessverfahren, wie Particle Image Velocimetry oder Particle Tracking Velocimetry sollen Analogien zum Drehimpulstransport im Taylor-Couette-System (TC-1,2) und zum Impulstransport in der Rohrströmung (RS-1,2) aufgedeckt werden. Da in diesen Modellströmungen im Labor wesentlich höhere Transportraten als im Rayleigh-Bénard System erreicht werden können, können Erkenntnisse, die in den Teilprojekten TC-1,2 und RS-1,2 gewonnen werden, direkt auf thermische Konvektionsströmungen bei ultrahohen Rayleighzahlen übertragen werden bei.