Projektdaten

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Thermische Konvektion an rauen Oberflächen

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Thermische Konvektion an einer rauen oder strukturierten Oberfläche ist ein physikalischer Prozess, der bei vielen Problemstellungen z. B. in technischen Anlagen zur Wärmeübertragung, bei der Kühlung von elektronischen Bauelementen oder bei der Erforschung des Stadtklimas die Realität deutlich besser widerspiegelt, als dies die üblicherweise verwendeten Modelle mit glatten Oberflächen vermögen. Obwohl es zu dieser Problematik in der Vergangenheit eine Vielzahl an Veröffentlichungen gab, sind insbesondere die lokalen Transportprozesse in unmittelbarer Nähe einer solchen strukturierten Wand noch weitestgehend unverstanden. Dieser Mangel ist darauf zurückzuführen, dass es nur sehr wenige Konvektionsexperimente gibt, in denen die Transportgrößen in Wandnähe mit einer adäquaten räumlichen und zeitlichen Auflösung gemessen werden können und dass auch der Rechenaufwand für direkte numerische Simulationen derzeit noch unverhältnismäßig hoch ist. Im geplanten Forschungsvorhaben sollen im Konvektionsexperiment „llmenauer Fass" das lokale Geschwindigkeits- und das Temperaturfeld beim konvektiven Wärmeübergang an einer rauen Oberfläche vermessen werden. Aufgrund der großen Abmessungen der Konvektionszelle, der Durchmesser beträgt 7, 1 m die Gesamthöhe liegt bei 8,0 m, lassen sich diese Messungen bei sehr hohen Rayleighzahlen bis hin zu Ra = 10"{12} durchführen. Gleichzeitig ist auch die räumliche Auflösung dieser Messungen so hoch, dass die gesuchten funktionalen Zusammenhänge in der wandnahen Fluidschicht mit hinreichender Sicherheit validiert werden können. Im Verlauf des Forschungsvorhabens sollen verschiedenartige Rauigkeitsmuster untersucht werden, die sowohl einheitliche als auch in der Höhe gestaffelte Strukturelemente umfassen.