Turbulent heat transport in moist convection

• Applicant: Professor Dr. Jörg Schumacher
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 108052399

Feuchtkonvektion stellt einen sehr komplexen physikalischen Prozess dar, da sie die turbulente Bewegung des Fluids mit der Thermodynamik von Phasenübergängen verknüpft. Sie begegnet uns im täglichen Leben, sei es in Form von Wolken in der Atmosphäre oder als Dampf der aus riesigen Kraftwerkskühltürmen austritt. Die Kombination zweier für sich selbst genommen schwieriger Probleme ist ein Grund, warum unser Verständnis der Feuchtkonvektion noch unvollständig ist. Im vorliegenden Projekt möchten wir deshalb Feuchtkonvektion in einer flachen Schicht mit stückweise linearer Thermodynamik im Rahmen von direkten numerischen Simulationen untersuchen. Die Turbulenz ist damit voll aufgelöst und enthält keine Feinstrukturparametrisierungen. Unser Modell ist eine erste signifikante Erweiterung des bekannten Falles der Trockenkonvektion. Wir können deshalb die Unterschiede zu diesem Fall klar herausstellen und die Entstehung, Lebensdauer und statistischen Eigenschaften des Kondensats untersuchen. Welche Parameter sind entscheidend für unterschiedliche Regimes und Strukturbildungsprozesse in Feuchtkonvektion? Die Kombination von Analysemthoden im Euler- und Lagrangebild wird zur Bestimmung von turbulenten Mischungs- und Dispersionseigenschaften herangezogen. Die hohe numerische Auflösung ermöglicht uns eine detaillierte Untersuchung des Einflusses der Feuchtigkeit und der latenten Wärmefreisetzung auf den turbulenten Wärmetransport und die damit im Zusammenhang stehenden Feinstrukturen. Die Ergebnisse sollen in Erweiterungen von Skalentheorien – wie zum Beispiel die Theorie von Großmann und Lohse – für den globalen Wärmetransport im Fall der Feuchtkonvektion münden.

• DFG Programme: Research Grants