BTU auf einen Blick
Wandnahe Transport- und Strukturbildungsprozesse in turbulenten Rayleigh-Bénard-, Taylor-Couette- und Rohrströmungen

Zielstellung

  • Erforschung des Einflusses der Seitenwände auf dem Wärmetransport
  • Untersuchung des lokalen und globalen Wärmestromtransportes in Abhängigkeit vom Aspektverhältnis
  • Überprüfung verschiedener Annahmen und Vorhersagen der theoretischen Modelle für die Geschwindigkeitsfelder
  • Untersuchung von turbulenter Konvektion mit einzigartiger Genauigkeit
  • Simulation und Verifizierung des Grenzschichtprofils mit Hilfe des Ilmenau Fasses
  • Messung des Drehmomenttransportes am Innenzylinder in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeiten
  • Untersuchung wandnaher turbulenter Strukturen mit Hilfe LASER-optischen Methoden
  • Statistische Analyse bei voll ausgebildeter Turbulenz
  • Mit Hilfe der bisherigen Simulationen beabsichtigen wir die Entstehung des Drehmomentmaximums bei moderater Gegenrotation und mittleren Reynoldszahlen zu untersuchen.
  • Zudem planen wir weitere Simulationen durchzuführen um den Winkelgeschwindigkeitsstrom für ein Radienverhältnis von 0.5 zu studieren.
  • Da dieses Radienverhältnis derzeit an der BTU Cottbus experimentell untersucht wird, ermöglicht es weitere Vergleiche zwischen numerischen und experimentellen Beobachtungen und kann zum Verständnis der Abhängigkeit der Strom-Eigenschaften von dem Radienverhältnis beitragen.
  • Messungen von Drucktransienten und turbulenten Geschwindigkeitsfluktuationen zur Ermittlung von Profilen der Reynolds-Spannungen und deren Anisotropien sowie der Wahrscheinlichkeit, Lebensdauer und Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Transitionsstrukturen durchzuführen.
  • Gezielte Erzeugung und Untersuchung von TW unterschiedlichen Typs im niedrigen Re-Zahlenbereich durch die Auswahl geeigneter Störungsparameter mit der Hilfe von Optimierungsalgorithmen. Diese Studie wird die Grenze zwischen stabilen laminaren Zuständen der Strömung und den chaotischen turbulenten Zuständen der Strömung aufzeigen sowie den Zusammenhang zwischen der Störung und den Formen der TW herstellen. Als Folge davon kann jeder Typ reproduzierbar erzeugt und separat untersucht werden. Schließlich lässt sich somit der Pfad hin zur Transition besser beschreiben.
  • Aufzeigen der Zusammenhänge zwischen den für laminare TW-Strukturen und den für turbulente Puff- und Slug-Strukturen durch Vermessung des Geschwindigkeitsfelds und seiner Statistiken.
  • Herausarbeitung der Ähnlichkeiten zwischen der beobachteten Strömungsstruktur in RS-, RB- und TC-Strömungen auf der Grundlage der Profile der turbulenten Spannungen, deren Verlauf in der AI-Karte sowie der Wahrscheinlichkeit- und Lebensdauerstatistik.
  • Entwicklung geeigneter Strategien zur Kontrolle von transitionalen Strukturen.
  • Aufklärung der Vernetzung zwischen den kohärenten Strukturen um die Lücke zwischen dem Auftreten der ersten kohärenten Strukturen in der Rohrströmung und den experimentellen Beobachtungen von Turbulenz
  • Identifikation der Phasenraumstrukturen und Beschreibung eines potentiellen Übergangs bei Reynolszahl etwa Re ~ 1800
  • Aufklärung der Skalierung der Amplitude kritischer Störungen mit der Reynoldszahl
  • Veränderung der Eigenschaften turbulenter Strömungen durch Manipulation der laufenden Wellen
  • Bestimmen der globalen Bifurkationen die zum Entstehen des Repellors führen
  • Charakterisierung des Verhaltens in der Umgebung des kritischen Punktes, der Entwicklung von Kontrollverfahren, mit denen laufende Wellen numerisch und experimentell (in Zusammenarbeit mit Projekt RS-2) stabilisiert werden können
  • Entwicklung reduzierter Modelle der Rohrströmung