Turbulente Konvektion in Flüssigmetallen bei großen Rayleighzahlen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Schumacher; Dr.-Ing. Tobias Vogt
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374994652

Die turbulente Konvektion in der eutektischen Gallium-Indium-Zinn Legierung (GaInSn) bei der sehr niedrigen Prandtlzahl Pr=0.023 soll in Laborexperimenten sowie in direkten numerischen Simulationen untersucht werden. Strömungsmessungen mit geeigneten Anordnungen von mehreren Ultraschall-Doppler-Sensoren und Rekonstruktionen des dreidimensionalen Strömungsfeldes mittels Magnetfeldtomographie sollen erstmals die Geschwindigkeitsstruktur sowohl in den wandnahen Regionen als auch im Zentrum einer zylindrischen Konvektionszelle bei Rayleighzahlen von bis zu Ra=2e9 aufllösen. Die Messungen werden erstmals Daten zum globalen Impulstransport und dem Langzeitverhalten der dreidimensionalen Grobstruktur der großskaligen Zirkulation in der Zelle liefern. Flankiert werden die Experimente durch massiv parallele Spektrale Elemente Simulationen, in deren Fokus die dreidimensionale Grenzschichtdynamik sowie der Einfluss nichtidealer thermischer Randbedingungen an Heiz- und Kühlplatte auf Impuls- und Wärmetransport stehen. Diese Simulationen werden auch für die Interpretation der gemessenen Turbulenzstatistik herangezogen. Die gemeinsamen Untersuchungen setzen einen neuen Meilenstein für ein tieferes Verständnis turbulenter Konvektion bei sehr niedrigen Prandtlzahlen mit ihren zahlreichen Anwendungen in astro- und geophysikalischen Strömungen sowie in ingenieurtechnischen Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen