Experimentelle Untersuchung turbulenter Rayleigh-Bénard-Konvektion in Luft

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich H. Busse
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5284686

• Erstellungsjahr: 2007

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im letzten Bewilligungszeitraum der Themengruppe „Thermische Konvektion bei großen Rayleigh-Zahlen“ konzentrierten sich die Arbeiten unserer Projektgruppe auf die im Folgenden aufgeführten Schwerpunkte: • Abschluss der lokalen Temperaturmessungen in der Kühlplattengrenzschicht, • Lokale Geschwindigkeitsmessungen in der Kühlplattengrenzschicht unter Variation des Aspektverhältnisses und bei konstanter Temperaturdifferenz zwischen Heiz- und Kühlplatte, • Lokale Geschwindigkeitsmessungen in der Kühlplattengrenzschicht unter Variation der Temperaturdifferenz und bei konstantem Aspektverhältnis Γ≈1,13, • Einbau und Inbetriebnahme des Präzisionsheizsystems, • Infrastrukturelle Maßnahmen, • Untersuchung kohärenter Strukturen in der Göttinger Wasserzelle. Die wesentlichen Erkenntnisse der wissenschaftlichen Arbeiten bestehen darin, dass sich die Grenzschichten in turbulenter Rayleigh-Bénard-Konvektion bezüglich der Profile von mittlerer Geschwindigkeit und mittlerer Temperatur nicht mit den mathematischen Modellen der klassischen Grenzschichttheorie, wie der laminaren oder turbulenten Plattenströmung beschreiben lassen, obwohl im untersuchten Parameterbereich die Selbstähnlichkeit der Profile nachgewiesen werden konnte. Die Ursachen dafür können einerseits in der Wechselwirkung der voll turbulenten Außenströmung mit der Grenzschicht sowie andererseits in der permanenten Ablösung von kalten/heißen Plumes aus der Grenzschicht liegen. Ausgewählte Messwerte wurden und werden den Mitgliedern der „Interdisziplinären Turbulenzinitiative“ aber auch anderen Universitäten und Forschungseinrichtungen auf Anforderung zur Verfügung gestellt. In einem mehrseitigen Artikel in der Zeitschrift ZEITWISSEN (Auflage 450.000 Exemplare bundesweit) wurde über das „Ilmenauer Fass“ berichtet. Eine spezielle Webseite für das „Ilmenauer Fass“ www.ilmenauer-fass.de wurde eingerichtet, kann aber derzeitig aus personellen Gründen nicht permanent aktualisiert werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2-Grenzschichtmessungen in turbulenter Rayleigh-Bénard-Konvektion mittels LDA. 13. GALA-Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik", 06.-08. September 2005, Brandenburgische Technische Universität Cottbus
  R. du Puits, C. Resagk, A. Thess
  
• Die turbulente Tonne. Zeitwissen, Zeitverlag Gerd Bucerius GmbH & Co. KG, Hamburg, Heft 04 (2005)
  M. Rauner
  
• Large-Scale Particle Image Velocimetry in Convective Airflow. 6th International Symposium on Particle Image Velocimetry Pasadena, California, USA, September 21-23, 2005
  C. Resagk, R. du Puits, A. Maystrenko, A. Thess, J. Bosbach, C. Wagner
  
• Vom Grundlagenexperiment zur Raumluftströmung. Teil 1: Ergebnisse des weltgrößten Rayleigh-Bénard Experimentes. Deutsche Kälte-Klima-Tagung 2005, 16.-18. November 2005, Würzburg
  R. du Puits, C. Resagk, A. Thess
  
• Large-scale particle image velocimetry of natural and mixed convection. 13th International Symposium on Applications of Laser Technique to Fluid Mechanics, 26.-29. Juni 2006, Lisbon, Portugal
  J. Bosbach, M. Kühn, C. Wagner, M. Raffel, C. Resagk, R. du Puits, A. Thess
  
• Measurement of large scale flow structures in air using a novel 3d Particle-Tracking Velocimetry technique. 13th International Symposium on Applications of Laser Technique to Fluid Mechanics, 26.-29. Juni 2006, Lisbon, Portugal
  C. Resagk, E. Lobutova, R. Rank, D. Müller, T. Putze, H.G. Maas
  
• Oscillations of the large scale wind in turbulent thermal convection. Physics of Fluids 18, 095105 (2006)
  C. Resagk, R. du Puits, A. Thess, F.V. Dolzhansky, S. Grossmann, F.F. Araujo and D. Lohse
  
• Spatial Correlation of Temperature in Rayleigh-Bénard convection. Phys. Rev. E 74, 066304 (2006)
  T. Haramina and A. Tilgner
  
• Visualization of largescale flow structures in air using a novel 3D particle tracking velocimetry technique. 12th International Symposium on Flow Visualization, 11.-14. September 2006, Göttingen, Germany
  E. Lobutova, C. Resagk, R. Rank, D. Müller, T. Putze, H.G. Maas
  
• Breakdown of wind in turbulent thermal convection. Phys. Rev. E 75, 016302 (2007)
  R. du Puits, C. Resagk, A. Thess
  
• Structure of thermal boundary layers in turbulent Rayleigh-Bénard convection. J. Fluid Mech. 572, 231-254 (2007)
  R. du Puits, C. Resagk, A. Tilgner, F.H. Busse and A. Thess