Phasenübergang zu intermittenter Geschwindigkeitsgradientenstatistik in thermischer Konvektion

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Schumacher
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417275129

Die Frage nach der Universalität der Physik auf den kleinen Skalen ist eines der fundamentalen Probleme der Turbulenzforschung. Diese Universalität ist ein wichtiger Ansatzpunkt aller Turbulenzmodelle, die auf der Annahme basieren, dass eine generische Energiekaskade von den großen zu den kleinen Skalen existiert, an deren Ende die Geschwindigkeitsfluktuationen nach den gleichen statistischen Gesetzen dissipiert werden. Statt diese Universalität in einer vollständig entwickelten Energiekaskade bei sehr großen Reynoldszahlen zu untersuchen, hat sich das Interesse innerhalb der letzten Dekade der Reynoldszahlabhängigkeit statistischer Momente der Geschwindigkeitsableitungen, die hauptsächlich auf den kleinen Skalen getragen werden, zugewandt. Jüngst wurde ein Phasenübergang der Statistik der Geschwindigkeitsgradienten zu einer intermittenten nicht-Gaußschen Statistik für eine recht kleine Reynoldszahl um die 100 vorhergesagt und in Simulationen isotroper Boxturbulenz, die durch stochastische Kräfte getrieben wird, gefunden. Im vorliegenden Antrag soll untersucht werden, ob ein solcher Phasenübergang zu nicht-Gaußscher Statistik auf turbulente Strömungen verallgemeinert werden kann, die durch feste Wände begrenzt sind. Es soll auch untersucht werden wie die statistischen Momente im Transitionsbereich durch die Präsenz einer Grenzschichtdynamik beeinflusst werden. Die Strömung, die dazu untersucht wird, ist eine Rayleigh-Bénard-Konvektionsströmung in der sich thermische plumes von den Wänden ablösen und die statistischen Fluktuationen der Geschwindigkeitsfelder und ihrer Ableitungen treiben im Innern der Schicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Katepalli Sreenivasan, Ph.D.