Konvektive Strömungsorganisation über rauen Oberflächen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Kay Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549151875

Das aktuelle Forschungsprojekt hat zum Ziel, ein grundlegendes physikalisches Verständnis der Strömungsorganisation in turbulenten Mischkonvektionsströmungen zu schaffen und insbesondere zu klären, inwiefern raue Oberflächen diese konvektive Strömungsorganisation verändern können. Bei der Mischkonvektion tragen sowohl Scher- als auch Auftriebseffekte zur Impuls- und Wärmeübertragung bei, und diese Art der Konvektion ist in vielen technischen und umweltrelevanten Strömungen von großer Bedeutung, etwa in Wärmetauschern oder in der atmosphärischen Grenzschicht. Bei diesen Anwendungen treten zudem häufig raue Oberflächen auf, und ein besseres physikalisches Verständnis und eine verbesserte Darstellung ihrer Auswirkungen auf die Mischkonvektion ist zum Beispiel eine seit langem bestehende Herausforderung für Wetter- und Klimamodelle. Raue Oberflächen können die Wechselwirkung zwischen Auftriebs- und Schereffekten verändern, was wiederum die konvektive Strömungsorganisation verändert, wie sie von Mischkonvektionsströmungen über glatten Wänden bekannt ist. Die Strömungsorganisation beeinflusst wiederum die Verteilung der Luftverschmutzung und die Wasserdampfverteilung, was beispielsweise für Wolkenbildungsprozesse von Bedeutung ist. Um einen besseren Einblick in dieses Phänomen zu erhalten, widmet sich der vorliegende Antrag der Quantifizierung des Einflusses von rauen Oberflächen auf die Strömungsorganisation von turbulenten Mischkonvektionsströmungen. In diesem Projekt werden die grundlegenden Aspekte des Einflusses von rauen Oberflächen auf die Mischkonvektion mit Hilfe von direkter numerischer Simulation für turbulente Kanalströmungen und konvektive Grenzschichten untersucht, die kanonische Strömungskonfiguration für Umwelt- bzw. technische Anwendungen darstellen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle