Projektdaten

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Globale Strömungsmuster bei turbulenter Rayleigh-Benard-Konvektion bei variablem Aspektverhältnis

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Turbulente Rayleigh-Bönard(RB)-Konvektion wird häufig als kanonisches Modell zur Beschreibung von Strömungsphänomenen und konvektivem Wärmetransport in der Erdatmosphäre oder in den Ozeanen verwendet. Neben diesen geophysikalischen Strömungen findet das Modell aber auch Anwendung bei der Untersuchung von Innenraumströmungen oder der Aufrechterhaltung von Temperaturschichtungen in Wärmespeichern mit flüssigen Medien. Lange Zeit lag der Fokus der Wissenschaft fast ausschließlich auf der Vorhersage des globalen und zeitgemittelten Wärmestromes durch die von unten beheizte und von oben gekühlte Fluidschicht. Aktuelle Fragestellungen, wie z. B. die Ausbreitung von Feststoffpartikeln oder Aerosolen in der Atmosphäre oder die natürliche Durchmischung der Luft in Innenräumen erfordern jedoch auch Kenntnisse über die großskaligen Strömungsmuster in derartigen, konvektionsgetriebenen Strömungen. Im hier beantragten Forschungsvorhaben soll experimentell die globale Zirkulationsströmung in voll turbulenter RB-Konvektion und dabei insbesondere der Einfluss des Aspektverhältnisses r (r - Verhältnis der lateralen zur vertikalen Ausdehnung des Versuchsraumes) auf das sich ausbildende Strömungsmuster untersucht werden. Analog zur Mehrzahl der in der Natur oder Technik auftretenden, konvektiv getriebenen Strömungen soll der Fokus dabei auf „großen" Aspektverhältnissen zwischen F=2 und r=io liegen. Als Versuchsraum dient das sogenannte „Ilmenauer Fass", ein am Fachgebiet Aerodynamik der TU Ilmenau angesiedeltes großskaliges Rayleigh-Bönard-Experiment (Durchmesser: 7,1 m, Höhe: 0,2...6,3 m). In dieser Anlage können Rayleighzahlen bis Ra=10^12 erreicht werden. Das Strömungsfeld in dem mit Luft gefülltem Versuchsraum soll mit der Methode des Lagrangeschen Particle Tracking vermessen und die bei unterschiedlichen Aspektverhältnissen auftretenden Strömungsmuster analysiert werden. [...]