Bewegung von Partikeln in geschichteten turbulenten Strömungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Tian Ma
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414195707

In viele Strömungen in Natur und Technik ist die Interaktion zwischen trägen Partikeln und Turbulenz von fundamentaler Bedeutung. Die meisten vorangegangenen Untersuchungen behandelten dabei die Bewegung träger Partikel im vereinfachten Fall homogener, isotroper Turbulenz. Allerdings ist nur wenig über das Verhalten träger Partikel in stratifizierter Turbulenz bekannt, obwohl dies in diversen natürlichen und technischen Strömungen von Relevanz ist, wie beispielsweise in Wolkenbildungsprozessen, der Bewegung von Plankton oder in der Ausbereitung von Schadenstoffe in der Atmosphäre.Das Ziel des vorliegenden Antrags ist ein Forschungsaufenthalt an der Duke Universität in Durham, North Carolina. Die dortige Forschungsgruppe unter Leitung von Prof. Bragg kombiniert verschiedene neuartige theoretische Methoden mit entsprechenden numerischen Simulationen zur Untersuchung der Bewegung träger Partikel in Turbulenz. Das Ziel des Aufenthaltes ist eine detaillierte Untersuchung der Bewegung träger Partikel in stratifizierter Turbulenz. Während des Forschungsaufenthaltes sollen dabei drei Hauptthemengebiete bearbeitet werden. Zunächst sollen Transport- und Vermischungsvorgänge von trägen Partikeln in turbulenten Strömungen auf Basis von Daten einer Direkten Numerischen Simulation (DNS) untersucht werden. Weiterhin soll die Turbulenzgenerierung durch Bildung von Agglomeraten (beziehungsweise die Produktion von kinetischer Energie durch Impulsübertragung der Partikel) quantifiziert werden. Dabei sollen die unterschiedlichen Terme in der Transportgleichung der Reynoldsspannungen mithilfe der DNS-Daten untersucht und die Ergebnisse zur Formulierung agglomeratsinduzierter Turbulenzmodelle verwendet werden. Desweiteren sollen die DNS-Daten und die Dispersionstheorie zur Entwicklung vereinfachter turbulenter Dispersionsmodelle verwendet werden, um auf großen Skalen die Partikelbewegung in stratifizierter Turbulenz vorhersagen zu können. Zusätzlich zu den bereits genannten Zielen soll der Forschungsaufenthalt Verbindungen zwischen DNS-spezialisierten Forschungsgruppen und solchen, die sich auf Modellierung spezialisiert haben, herstellen und diesbezüglich ein wissenschaftliches Netzwerk zwischen Europa und USA aufzubauen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Andrew Bragg, Ph.D.