Experimentelle Untersuchung zum kombinierten Einfluss von Freistromturbulenz und Rauigkeit auf die laminar-turbulente Transition

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Christoph Wenzel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567603033

Mit einem weltweit einzigartigen Grundlagenversuch wurde in den vergangenen Jahren am Laminarwasserkanal des IAGs die Grundlage dafür geschaffen, systematisch den Einfluss von Freistromturbulenz (FST) auf die Strömung um Rauigkeitselemente analysieren zu können. Basierend auf diesem Setup ist es das primäre Ziel dieses Vorhabens, den Einfluss von FST auf die rauhigkeitsinduzierte Transition zu verstehen und zu beschreiben. Dies beinhaltet unter anderem die Bestimmung eines validen empirischen Zusammenhangs zwischen der Transitions-Reynoldszahl, der Zylindergröße und des Durchmesser-zu-Höhen-Verhältnisses, und der FST für einen repräsentativen Bereich von Zylindern und FST-Graden. Zu diesem Zweck wurde im vergangenen Jahr erstmals eine klare Charakterisierung der Gitterabhängigkeit der durch Turbulenzgitter in der Grenzschicht initiierten quasistationären Streaks (Klebanoff-Moden) durchgeführt. Basierend auf diesen Vorarbeiten soll im Rahmen dieses Projektes eine empirische Beziehung für die zeitlich gemittelte Transitions-Reynoldszahl als Funktion der FST und der rauhigkeitsbasierten Reynoldszahl $Re_{kk} = u_k k /\nu$ ermittelt werden. Anschließend wird der Einfluss der Klebanoff-Moden, die natürlich durch die FST angeregt werden, auf die Strömung am Zylinder untersucht. Zudem hat sich bei Vorabuntersuchungen gezeigt, dass die im Zylindernachlauf auftretenden Moden deutlich durch FST beeinflusst werden, eine Erkenntnis die bislang in der Literatur nicht zu finden ist. Da der Charakter dieser Moden jedoch in direktem Zusammenhang mit der kritischen Reynoldszahl steht, ist deren Verständnis von hoher Relevanz für die grundlegende Beschreibung rauigkeitsinduzierter Transition und könnte Hinweise auf die Ursachen zahlreicher, bislang ungeklärte Ergebnisse in der Literatur zur rauigkeitsinduzierten Transition liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen