Numerische Untersuchungen zu großskaligen Bewegungen in turbulenten Platten-Grenzschichten mit Druckgradient

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Rist
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445495622

Ein positiver Druckgradient in Strömungsrichtung führt zu einem schnelleren Anstieg der Grenzschichtdicke im Vergleich zum Standardfall ohne Druckgradient und damit zu einem früheren Auftreten von turbulenten, großskalige Bewegungen, die der Hauptgegenstand des vorliegenden Antrags sind. Basierend auf der jüngsten Beobachtung, dass High- und Lowspeed-Streaks in unseren Daten sog. Lagrangian Coherent Structures (LCS) entsprechen, werden weitere Auswertungen bereits bestehender DNS-Datensätze durchgeführt, um die großräumigen Bewegungen und deren Entwicklung zu quantifizieren. Die Resolventanalyse wird auf die zeitlich gemittelte Strömung der DNS angewendet, um die stärkste transiente Reaktion der linearisierten Navier-Stokes-Gleichungen zwischen zwei Stationen in Strömungsrichtung zu bestimmen. Da Vergleiche mit ähnlichen Ansätzen in der Literatur und vorläufige eigene Ergebnisse dieser Methode sehr vielversprechend aussehen, sind wir der Meinung, dass wir damit den Ursprung und die Dynamik turbulenter, großskaliger Bewegungen in Plattengrenzschichten erkennen können. Erstmals werden wir DNS mit instationärem, dreidimensionalem Input aus der hochauflösenden PIV (Particle Image Velocimetry) für direkte Vergleiche mit Windkanalexperimenten durchführen. Dabei wird sich zeigen, inwieweit die großskaligen Bewegungen bereits in der Zuflussebene enthalten sind und inwieweit sie von kleinen oder feinen Unterschieden bestimmt werden. Zusätzliche DNS mit absichtlichem Anregen günstiger und ungünstiger Moden in der Zuströmung und an der Wand werden helfen, diese Einflüsse besser zu verstehen. Die Zusammenarbeit und der Datenaustausch mit Partnern, die Windkanalversuche durchführen, werden es ermöglichen, unsere Analyse auf größere Reynoldszahlen auszudehnen, als dies derzeit nur mit DNS möglich ist. Die Ergebnisse aus DNS bei niedrigerer Reynoldszahl werden dann mit den Ergebnissen aus Experimenten und Simulationen bei größeren Reynoldszahlen verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen