Experimentelle Analyse von turbulenten Superstrukturen in kanonischen Grenzschichten entlang ebener Platten ohne Druckgradienten

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Joachim Kähler
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316215356

Die Analyse kohärenter Strömungsstrukturen in turbulenten Grenzschichten entlang ebener Platten ohne Druckgradient wird aufgrund des großen wissenschaftlichen und technologischen Interesses seit Jahrzehnten intensiv untersucht. Insbesondere die Entdeckung von hochgeordneten kohärenten Fluidbewegungen ist ein sehr wichtiges Forschungsergebnis der letzten Jahrzehnte, da die komplexen turbulenten Austauschphänomene qualitativ unter Berücksichtigung des Vorhandenseins und der Wechselwirkung dieser Strukturen erklärt werden können. In der Literatur wird das Vorhandensein von Suprastrukturen in turbulenten Grenzschichten entlang von ebenen Platten mit ohne Druckgradient als universell angesehen. Es stellen sich jedoch mehrere Fragen, nämlich ob eine Familie von turbulenten Suprastrukturen existiert oder ob die in Experimenten beobachteten turbulenten Suprastrukturen eine Überlagerung einzelner großskaliger Strukturen sind oder ob je nach Intensität der Strukturen unterschiedliche Suprastrukturen existieren. Darüber hinaus wird der Mechanismus der zur Erzeugung und Instandhaltung dieser Superstrukturen verantwortlich ist, sowie die Skalierung der Strukturen mit der Reynolds- und Machzahl, kontrovers diskutiert. Aus diesem Grund soll in diesem Vorhaben eine turbulente Grenzschichtströmung entlang einer ebenen Platte mit verschwindendem Druckgradient (ZPG) bei Reynoldszahlen bis Re_θ=100.000 im Atmosphärischen Windkanal München (AWM) untersucht werden. Darüber hinaus soll im Trisonic Windkanal München (TWM) der Einfluss der Machzahl auf die kohärenten Strömungsbewegungen in einer turbulenten Grenzschicht zwischen 0,3 < Mach < Mach < 3,0 systematisch untersucht werden. Hochauflösende 2D- und 3D-PIV/PTV-Messtechniken werden eingesetzt, um die Größe, Form und Organisation der turbulenten Suprastrukturen, ihre Dynamik und gegenseitige Wechselwirkung bei hohen Reynolds- und Machzahlen aufzuklären und das in der ersten Förderperiode entwickelte Interaktionsmodell zu validieren und abzusichern für große Reynolds- und Machzahlen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1881: Turbulent Superstructures