Simultane, volumetrische Geschwindigkeits- und Temperaturmessungen in Rayleigh-Bénard Zellen bei großen Aspektverhältnissen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Cierpka
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429328691

Das Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist es den Einfluss der turbulenten Superstrukturen auf den Wärme- und Impulstransport in Rayleigh-Bénard Strömungen mit großen Aspektverhältnissen (laterale Ausdehnung zu Zellhöhe Γ = 25, 20 und 10) zu untersuchen. In diesen flachen Zellen entstehen Strukturen mit lateralen Ausdehnung vom 2 bis 3fachen der Höhe, welche sich in der Zeit sehr langsam entwickeln. Um diese Entwicklung verstehen zu können, sind Beobachtungen über lange Zeiträume notwendig. Für das beantragte Projekt wurde eine Rayleigh-Bénard-Zelle mit einer transparenten Kühlplatte entwickelt mit der die Strömung mittels optischer Methoden für Rayleighzahlen im Bereich von 5×105 bis 108 vermessen werden können. Um simultan das Geschwindigkeits- und Temperaturfeld erfassen zu können, werden thermochrome Flüssigkristalle als Tracerpartikel verwendet. Die Geschwindigkeit wird dabei über stereoskopische Particle Image Velocimetry bzw. über volumetrische Particle Tracking Velocimetry bestimmt. Das Temperaturfeld kann über die Farberscheinung der Flüssigkristalle ausgewertet werden. Der große Vorteil des experimentellen Aufbaus ist, dass die Zelle über eine sehr lange Zeit (bis zu Tagen) stabil betrieben werden kann, was Langzeitmessungen mit hoher räumlicher Auflösung und damit erstmalig die Beobachtung der Entwicklung der Superstrukturen ermöglicht. Die erhobenen Daten dienen dabei für andere Projekte im Schwerpunktprogramm zur Entwicklung von Modellen der Strömung und werden mit den von anderen Projekten entwickelten Methoden analysiert.

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