Über den Zusammenhang zwischen den Wall-Modes und dem Boundary-Zonal-Flow in schnell rotierender thermischer Konvektion

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Olga Shishkina
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526242382

Durch Auftrieb getriebene und durch Coriolis-Kräfte beeinflusste turbulente Strömungen, spielen sowohl in natürlichen Systemen eine große Rolle, als auch in vielen Industrieanwendungen. In diesem Projekt wollen wir mit direkten numerischen Computersimulationen rotierende Rayleigh-Benard-Konvektion in Zylindern, mit unterschiedlichen Aspektverhältnissen, untersuchen. Wir wollen dabei ganz unterschiedliche Rayleigh-, Prandtl-, Ekman- und Froude-Zahlen betrachten und den Bereich vom Konvektionseinsatz bis hinauf zum geostroph-turbulenten Regime abzudecken. Letzteres ist besonders relevant für geo- und astrophysikalischen Systeme. Ganz speziell wollen wir herausfinden, wie sich die linearen Wandmoden, die noch vor dem eigentlichen Konvektionseinsatz erscheinen, in den Boundary-Zonal-Flow übergeht, der in der Nähe der Grenzwände entsteht, wenn die Strömung, im radialen Zentrum geostroph-turbulent ist. In dem wir die Veränderung typischer Längen- und Zeitskalen, der Strömungsdynamik und den Wärmetransport in diesem System messen, wollen wir unterschiedliche Strömungs-Charakteristiken detektieren und analysieren. Diese soll helfen theoretische Modelle zu entwickeln um charakteristische Größen, wie die Drift-Geschwindigkeit, den Wärmetransport und typische Längen- und Geschwindigkeitsskalen als Funktion von Rayleigh-, Prandtl-, Ekman- und Froude-Zahlen vorhersagen zu können. Neue Kenntnisse darüber, wie diese Seitenwandströmungen, die globale Strömung beeinflusst und welchen Beitrag sie zum globalen Wärmetransport leistet ist wichtig um Labor-Experimente und Simulationen zu evaluieren und daraus gewonnene Erkenntnisse auf natürliche Systeme zu übertragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen