Untersuchungen zur blaseninduzierten Turbulenz

• Antragsteller: Dr.-Ing. Hendrik Hessenkemper; Dr.-Ing. Tian Ma
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536223645

Aus unserer täglichen Erfahrung ist uns bekannt, dass kleine Blasen in einer turbulenten Strömung durch Wirbel und Strudel der Strömung mitgerissen werden. Doch wie verhalten sich Bläschen endlicher Größe in der Turbulenz genau und wie wirkt sich dies auf die Fragestellung aus, ob die Bläschen die Turbulenz, in der sie transportiert werden, abschwächen oder verstärken? Diese Fragen sind nicht nur von industrieller und technologischer Bedeutung, sondern auch für ein grundlegendes Verständnis der Physik mehrphasiger turbulenter Strömungen von großer Wichtigkeit. Der vorliegende Antrag wird Antworten auf diese Fragen liefern, indem er eine leistungsfähige Mischung aus Theorie und Experimenten einsetzt. Kürzlich haben wir gezeigt, dass Blasen die Turbulenz auf allen Skalen stark beeinflusst, von den größten Skalen, die durch die Strömungsgeometrie bestimmt werden, bis hin zu den kleinsten dissipativen Skalen. Unsere jüngsten Forschungsarbeiten haben gezeigt, wie Blasen eine starke Anisotropie der Strömung mit überraschenden Abhängigkeiten von den Eigenschaften der Blasen erzeugen und wie sie "extreme Ereignisse" in der Turbulenz verstärken. Diese Entdeckungen führen zu neuen Einsichten in die Mehrphasenturbulenz und haben Auswirkungen auf die Blasenbewegung in turbulenten Strömungen, die in diesem Projekt erforscht werden sollen. In dem vorliegenden Antrag werden (A) 3-dimensionale Geschwindigkeitsmessverfahren angewandt, um eine frei zugängliche Turbulenzdatenbank mit verschiedenen blasenbeladenen Strömungskonfigurationen zu erstellen. Dies wird die Grundlage für die Analyse (B) der multiskaligen Eigenschaften der blaseninduzierten Turbulenz und (C) die Entwicklung genauer Turbulenzmodelle für Simulationen dieser Strömungen im industriellen Maßstab bilden. Der vorliegende Antrag zielt darauf ab, unser grundlegendes Verständnis der Turbulenz in blasenbeladenen Strömungen zu verbessern und neue Modellierungsansätze für ein breites Anwendungsspektrum in Bereichen wie Verfahrenstechnik, Meereswissenschaften und erneuerbare Energien zu liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen