Experimentelle Untersuchung von Superstrukturen in turbulenter Flüssigmetall Konvektion

• Antragsteller: Dr.-Ing. Tobias Vogt
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428906173

Das Auftreten von thermischen Superstrukturen in turbulenter Konvektion wird in Laborexperimenten bei sehr niedriger Prandtl-Zahl und in einem großen Aspektverhältnis untersucht. Die Experimente werden mit dem flüssigen Metall Gallium-Indium-Zinn (GaInSn) bei einer Prandtl-Zahl von Pr ≈ 0,03 durchgeführt. Kombinierte Temperatur- und Geschwindigkeitsmessungen werden detaillierte Informationen über turbulente, konvektive Superstrukturen und deren Dynamik liefern. Mit einer neuartigen Ultraschall-Doppler-Array-Methode werden erstmals zweidimensionale Geschwindigkeitsvektorfelder der Superstrukturen in einer turbulenten Flüssigmetallkonvektion erfasst. Die Geschwindigkeitsmessungen werden durch gleichzeitige Temperaturmessungen an bis zu 100 Messpositionen ergänzt, um eine räumlich-zeitliche Abbildung der Temperaturverteilung in der thermischen Grenzschicht zu ermöglichen. Hochfrequenz-Abtastungen des Geschwindigkeits- und Temperaturfeldes an ausgewählten lokalen Positionen werden durchgeführt um turbulente Statistiken zu erhalten, während Langzeitmessungen über Zehntausende konvektive Freifallzeiten die Langzeitdynamik der Superstrukturen aufzeigen werden. Darüber hinaus stellen wir Skalierungen für den Wärme- und Impulstransport bereit. Die vorgeschlagenen Experimente haben große Relevanz sowohl in geo- und astrophysikalischen Strömungen als auch in technischen Systemen und werden einen neuen Meilenstein für ein tieferes Verständnis turbulenter Superstrukturen bei sehr niedrigen Prandtl-Zahlen liefern.

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