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Projekt
Homogene Turbulenz versetzt mit Partikeln finiter Größe: eine numerische Studie
Antragsteller
Professor Dr. Markus Uhlmann
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung von 2010 bis 2015
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 183403163
In diesem Projekt sollen die grundlegenden Mechanismen der Interaktion zwischen einer verdünnten dispersen Phase (bestehend aus festen Partikeln) und einer homogenenen turbulenten (oder selbst-induzierten) Strömung im Schwerefeld untersucht werden. Dazu sollen direkte numerische Simulationen (DNS) unter Auflösung der Fluid-Partikel-Grenzfläche durchgeführt werden. Der Parameterbereich der zu untersuchenden Mehrphasenströmungen ist gekennzeichnet durch Reynoldszahlen von O(100) und Partikeldurchmessern, die vergleichbar mit oder größer als die kleinsten relevanten Skalen der Strömung sind. Aus diesem Grund ist die oft eingeführte Vereinfachung durch Punktpartikel nicht zulässig. Die zu betrachtende Strömung ist statistisch homogen und entwickelt sich aus einem anfänglich isotropen Turbulenzfeld, zu dem schwere Partikel hinzugefügt werden. Diese Konfiguration ist eine Idealisierung der Strömungsbedingungen, die z.B. in atmosphärischen Prozessen (Wolken) oder in verfahrenstechnischen Anlagen angetroffen werden. Die Analyse der Daten, die in diesem Projekt erzeugt werden, zielt auf die folgenden Fragenstellungen: wie wird die Sedimentationsgeschwindigkeit bei turbulenter Hintergrundströmung beeinflusst durch die finite Größe und Reynoldszahl der Partikel, bzw. durch kollektive Effekte? Was sind die Mechanismen der durch Partikel induzierten Anfachung/Dämpfung der Turbulenz? Wie wird die räumliche Verteilung der dispersen Phase beeinflusst durch die Parameter des Problems? Wie modifizieren schwere Partikel die bekannten kohärenten Strukturen, wie generieren sie neue Strukturen? Es ist zu erwarten, dass die Ergebnisse des vorgeschlagenen Projektes das gegenwärtige Verständnis der Dynamik von Partikelströmungen weiter vorantreiben. Darüberhinaus werden die gewonnen Erkenntnisse von überaus großem Nutzen bei der Verbesserung von Modellen zur Anwendung im Ingenieursbereich sein.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Frankreich, USA
