Experimentelle Untersuchung turbulenter Rayleigh-Bénard-Konvektion in Luft
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im letzten Bewilligungszeitraum der Themengruppe "Thermische Konvektion bei großen Rayleigh-Zahlen" konzentrierten sich die Arbeiten unserer Projektgruppe auf die im Folgenden aufgeführten Schwerpunkte: • Abschluss der lokalen Temperaturmessungen in der Kühlplattengrenzschicht, • Lokale Geschwindigkeitsmessungen in der Kühlplattengrenzschicht unter Variation des Aspektverhältnisses und bei konstanter Temperaturdifferenz zwischen Heiz- und Kühlplatte, • Lokale Geschwindigkeitsmessungen in der Kühlplattengrenzschicht unter Variation der Temperaturdifferenz und bei konstantem Aspektverhältnis Γ≈1,13, • Einbau und Inbetriebnahme des Präzisionsheizsystems • Infrastrukturelle Maßnahmen • Untersuchung kohärenter Strukturen in der Göttinger Wasserzelle Die wesentlichen Erkenntnisse der wissenschaftlichen Arbeiten bestehen darin, dass sich die Grenzschichten in turbulenter Rayleigh-Bénard-Konvektion bezüglich der Profile von mittlerer Geschwindigkeit und mittlerer Temperatur nicht mit den mathematischen Modellen der klassischen Grenzschichttheorie, wie der laminaren oder turbulenten Plattenströmung beschreiben lassen, obwohl im untersuchten Parameterbereich die Selbstähnlichkeit der Profile nachgewiesen werden konnte. Die Ursachen dafür können einerseits in der Wechselwirkung der voll turbulenten Außenströmung mit der Grenzschicht sowie andererseits in der permanenten Ablösung von kalten/heißen Plumes aus der Grenzschicht liegen. Ausgewählte Messwerte wurden und werden den Mitgliedern der "Interdisziplinären Turbulenzinitiative" aber auch anderen Universitäten und Forschungseinrichtungen auf Anforderung zur Verfügung gestellt. Die im Rahmen des Projektes erzielten Ergebnisse sind in drei Publikationen und in vier Konferenzbeiträgen im internationalen Rahmen veröffentlicht. Außerdem wurde in einem mehrseitigen Artikel in der Zeitschrift ZEITWISSEN (Auflage 450.000 Exemplare bundesweit) über das "Ilmenauer Fass" berichtet. Eine spezielle Webseite für das "Ilmenauer Fass" www.ilmenauer-fass.de wurde eingerichtet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- C. Resagk, R. du Puits, A. Thess, F.V. Dolzhansky, S. Grossmann, F.F. Araujo and D. Lohse. Oscillations of the large scale wind in turbulent thermal convection. Physics of Fluids 18, 095105 (2006).
- R. du Puits, C. Resagk, A. Thess. 2-Grenzschichtmessungen in turbulenter Rayleigh-Bénard-Konvektion mittels LDA. 13. GALA-Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik", 06.-08. September 2005, Brandenburgische Technische Universität Cottbus.
- R. du Puits, C. Resagk, A. Thess. Breakdown of wind in turbulent thermal convection. Phys. Rev. E 75, 016302 (2007).
- R. du Puits, C. Resagk, A. Tilgner, F.H. Busse and A. Thess. Structure of thermal boundary layers in turbulent Rayleigh-Bénard convection. J. Fluid Mech. 572, 231-254 (2007).
- T. Haramina and A. Tilgner. Spatial Correlation of Temperature in Rayleigh-Bénard convection. Phys. Rev. E 74, 066304 (2006).
