Turbulentes Mischen bei großen Schmidtzahlen als Aggregationsprozess

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Schumacher
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258767971

Das Mischen von passiven Substanzen in turbulenten Strömungen ist ein fundamentaler Prozess, der in vielen geophysikalischen, industriellen und natürlichen Anwendungen existiert. Das Zusammenspiel zwischen der rührenden Strömungsbewegung und der letztendlich stets vorhandenen Diffusion ist hochgradig komplex, wenn die molekulare Diffusivität des gemischten skalaren Konzentrationsfeldes kleiner als die kinematische Viskosität der transportierenden Strömung ist, dem so genannten Batchelorregime bei Schmidtzahlen viel größer als Eins. In diesem Regime organisiert sich das Konzentrationsfeld unterhalb der Abmessung der kleinsten Strömungswirbel in Form von Schichten, die sich zusammenballen während sie der Diffusion unterliegen und so die Konzentration der Mischung bestimmen. Im vorliegenden Projekt möchten wir Laborexperimente und direkte numerische Simulationen kombinieren, um das mathematisches Modell, dass das turbulente Mischen als einen Aggregationsprozeß beschriebt zu verfeinern und auf dreidimensionale Mischprozesse zu erweitern. Dazu werden wir in Experiment und Simulation den Einfluß verschiedener Quellen des passiven Skalarfeldes sowie der Schmidt- und Reynoldszahlen, systematisch in einfachen turbulenten Strömungen untersuchen. Das Ziel ist es, mit Hilfe des Aggregationsmodells die Skalarstatistik im viskos-konvektiven Bereich bei großen Schmidtzahlen komplett zu beschreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Person: Professor Dr. Emmanuel Villermaux