Kontrolle der turbulenten Grenzschichtströmung durch schwache Volumenkräfte in wandnahen Bereichen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Georg Khujadze
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548539340

Das Hauptziel des Projekts ist die Beeinflussung von Turbulenz und Widerstandsredultion in Grenzschichtströmungen über eine ebene Platte, unter Nutzung von Brechung der spannweitigen Spiegelungssymmetrie. Die Hauptstrategie um das zu erreichen besteht in der Aufprägung von speziell konstruierten Geschwindigkeitsstörungen, die als räumliche Quellen in der Strömung fungieren, mit unterschiedlichen Längenskalen. Diese Störungen entziehen der Strömung Energie und unterliegen transientem Wachstum, wodurch die spannweitige Spiegelungssymmetrie gebrochen wird und sich eine spannweitige Strömung entwickelt, mit wandnahem Maximum. Das ändert das Zusammenspiel zwischen linear transientem Wachstum und nichtlinearen (transversen) Kaskadenprozessen, wodurch an Stelle der aufgeprägten Geschwindigkeitsfluktuationen eine substantielle Reduktion der Turbulenz erfolgt. Ziel der der Untersuchung ist es die optimale Amplitude und Design der aufgeprägten Geschwindigkeitsstörungen herauszufinden, die durch Initiierung einer spannweitigen Geschwindigkeitskomponente mit wandnahmen Maximum eine signifikante Turbulenzreduktion hervorrufen können. Die Strategie konnte bereits auf eine ebene Couette-Strömung angewandt werden und das Turbulenzlevel um bis zu 45% reduzieren. Vorarbeiten für ebene Grenzschichtströmungen wurden bereits durchgeführt, wodurch vielversprechende erste Resultate erreicht wurden. Im vorgeschlagenen Framework ist es geplant, die speziell konstruierten Geschwindigkeitsstörungen über spezifische Volumenkräfte innerhalb der viskosen Unterschicht zu erzeugen. Obwohl diese Kraftterme theoretischer/hypothetischer Natur sind, sind diese aufgrund ihrer möglichst einfachen Struktur ein optimaler erster Schritt zur Entwicklung eines Konzepts zur indirekten aktiven Strömungsbeeinflussung einer turbulenten Grenzschichtströmung. Man erhält einen ersten Eindruck, wie derartige Geschwindigkeitsstörungen nahe der Wand in einer Grenzschicht aussehen müssen, erzeugt durch realistischere Beinflussungsverfahren wie Absaugung/Ausblasen oder rauhe Wände, um eine signifikante Reduktionen des Strömungswiderstands oder der turbulenten kinetischen Energie zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen