Bypass transition to turbulence in plane Couette flow: Non-modal and numerical analyses

• Applicant: Dr.-Ing. Georg Khujadze
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 183746750

Gegenstand des geplanten Forschungsvorhabens ist die ebene Couette-Strömung. Der Übergang zur Turbulenz erfolgt hier subkritisch und wird durch das Wechselspiel vor allem aus dem nichtnormalen Strömungsmechanismus induzierten linearen und nichtlinearen Phänomenen bestimmt. Ziel ist, das räumliche als auch das dynamische Verhalten der turbulenten Couette-Strömung nicht nur numerisch direkt zu simulieren, sondern auch analytisch mittels eines nichtmodalen Ansatzes zu untersuchen. Im räumlichen Verhalten gehen wir besonders auf die großskaligen Strukturen ein, wie sie in allen numerischen Simulationen und Experimenten beobachtet werden. Im zeitlichen Verhalten hingegen werden folgende Dynamikbereiche angenommen: (i) Transition zur Turbulenz, (ii) voll ausgebildete Turbulenz und (iii) spontanes Abklingen der Turbulenz. Um einen tiefen Einblick in die turbulente Dynamik zu bekommen, sollen die grundlegenden linearen und nichtlinearen Prozesse, sowie der Einfluss der Randbedingungen, als auch deren Wechselwirkung untereinander, separat in allen zuvor genannten Dynamikbereichen untersucht werden. Die geplante Analyse ermöglicht die Verifizierung wesentlicher Aspekte des Bypass-Konzeptes der subkritischen Transition zur Turbulenz. Eines der Hauptziele des Projekts ist eine genaue und klare Beschreibung der ”nichtlinearen Aktivität” im Wellenzahlraum: die nichtlineare Verteilung der gestörten Spektralenergie über den Winkel im Wellenzahlraum, der sogenannten nichtlinearen Querverteilung. Ebenso soll die Wirkung der Ränder als ”Generator sekundärer Störungen” bestimmt und beschrieben werden.

• DFG Programme: Research Grants