Modelle rotierender kompressibler Konvektion

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Tilgner
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418190608

Der größte Teil der Geodynamo-Modelle behandelt den Erdkern wie eine inkompressible Flüssigkeit, obwohl die Dichte des Erdkerns sich vom Rand des inneren Kerns bis zur Kern- Mantel-Grenze um 20% verändert. Dieses Projekt soll den Effekt dieser endlichen Kompressibilität auf die Konvektion mit Hilfe von numerischen Simulationen erforschen. Eine direkte numerische Simulation des Erdkerns mit realistischen Parametern ist nicht machbar. Deswegen wird vorgeschlagen, rotierende kompressible Konvektion in einer vereinfachten kartesischen Geometrie zu untersuchen, begleitet von Experimenten mit einer gasgefüllten Zelle in einer Zentrifuge, um ein allgemeines Verständnis für die Effekte der Kompressibilität zu erhalten. Die Experimente werden am Laboratoire de Géologie de Lyon durchgeführt und können extremere Strömungszustände erreichen als die numerischen Simulationen. Diese Experimente selber sind nicht Gegenstand des Antrages, sondern lediglich die dadurch motivierten Simulationen. Die Simulationen werden Gase behandeln, um den Vergleich mit dem Experiment zu ermöglichen, und Flüssigkeiten mit Zustandsgleichungen, wie sie für das Material im Erdkern gelten könnten. Die wichtigsten Größen, die diese Rechnungen liefern werden, sind der Wärmefluss sowie die zonale Strömung. In Bändern strukturierte zonale Strömungen, mit jeweils wechselnder Strömungsrichtung in benachbarten Bändern, kann es für inkompressible Fluide in der betrachteten Geometrie nicht geben, wohl aber für kompressible Fluide. Der Übergang von 3D zu 2D Konvektion, der duch die Rotation herbei geführt wird, wird untersucht werden, sowie Veränderungen im Strömungsfeld wenn das Gas durch eine kompressible Flüssigkeit ersetzt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen