Superstrukturen und turbulenter Wärme- und Impulstransport in geneigten Konvektionszellen bei niedrigen Prandtl-Zahlen

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Olga Shishkina
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315773365

Das Projekt widmet sich der Entstehung und der Dynamik von Strömungs-Superstrukturen, wie sie in thermischer Konvektion von Fluiden kleiner Prandtl-Zahl in geneigten Zellen entstehen. Diese Superstrukturen sind die Cluster der thermischen Plumes, welche der großskaligen Fluidzirkulation folgen. Im Rahmen dieses Projektes werden Algorithmen zur Registrierung, Gewinnung und Analyse geometrischer und physikalischer Eigenschaften, sowie der zeitlichen Evolution von Superstrukturen weiterentwickelt. Die Superstrukturen werden aus den Strömungsfeldern extrahiert, die von unseren Direkten Numerischen Simulationen berechnet werden. Wir fokussieren uns dabei auf Fluide kleiner Prandtl-Zahl, zum Beispiel flüssige Metalle, und auf schmale, längliche Konvektionszellen, in denen der Wärmetransport durch eine geschickte Kombination aus Auftrieb und Scherung in einer geneigten Konvektionszelle signifikant verstärkt werden kann, verglichen mit der klassischen Rayleigh-Benard-Konvektion ohne jegliche Neigung. Im Speziellen werden wir analysieren, welchen Anteil die Superstrukturen am globalen Wärme- und Impulstransport, ausgedrückt durch die Nusselt- bzw. Reynolds-Zahl, haben. Des Weiteren wird der Einfluss der Kontrollparameter, wie Rayleigh- und Prandtl-Zahl, die Längenverhältnisse der Konvektionszelle, sowie der Neigungswinkel, auf die Dynamik der Superstrukturen untersucht. Abschließend betrachten wir das Verhältnis zwischen lokalem Wärmetransport (Nusselt-Zahl) und der augenblicklichen Form der Superstruktur.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1881: Turbulent Superstructures