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Fluidphysik

Analyse turbulenter Grenzschichten mit Druckgradient bei großen Reynoldszahlen mit hochauflösenden Vielkameramessverfahren 

In diesem Vorhaben soll experimentell untersucht werden, ob eine direkte Korrelation zwischen den großen turbulenten Superstrukturen in den wandfernen Bereichen einer turbulenten Grenzschichtströmung und den kleinen turbulenten Strukturen im wandnahen Bereich der Grenzschicht vorliegt und ob diese Korrelation vom Druckgradienten abhängt. Die Beantwortung dieser Fragestellung erfordert aufgrund der großen Skalenbreite einen erweiterten Messtechnikansatz, der es erlaubt, gleichzeitig sowohl die kleinen wandnahen Skalen, als auch die sich über viele Grenzschichtdicken erstreckenden Superstrukturen, räumlich aufzulösen. Aufgrund des erforderlichen messtechnischen Equipments und Know-hows ist eine Kooperation zwischen der Universität der Bundeswehr München und dem DLR Göttingen erforderlich. Die Beantwortung der wissenschaftlichen Fragestellung dient dazu, das physikalische Verständnis der Wechselwirkung zwischen den Skalen aufzuklären. Darüber hinaus soll eine Datenbasis aufgebaut werden, die im Rahmen des Projekts zur Validierung von numerischen Simulationstechniken und zur Verbesserung von Turbulenzmodellen bei Strömungen mit Druckgradienten genutzt werden soll. Während viele bisherige Arbeiten in diesem Forschungsbereich bei kleinen Reynoldszahlen durchgeführt wurden, werden in diesem Vorhaben technisch relevantere Reynoldszahlen im Fokus des Interesses stehen. Da dies nur in einer Versuchsanlage mit sehr langer Messstrecke und großer Strömungsgeschwindigkeit realisiert werden kann, sollen die Experimente in der 22 Meter langen Messstrecke des Atmosphärischen Windkanals der Universität der Bundeswehr durchgeführt werden.

 

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen einer Einzelförderung im Normalverfahren

Partner: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Göttingen.
 
Bearbeiter: Dr. Nicolas Buchmann
 

 

Manipulation und Kontrolle von turbulenten Strömungen

Im Rahmen der Untersuchungen zur aktiven Strömungskontrolle soll das hier beantragt Turbulenzexperiment mit den dabei eingesetzten Aktuatoren einen wesentlichen Beitrag zum grundlegenden Verständnis der Wechselwirkung zwischen Aktuatoren und einer turbulenten Grenzschicht liefern. Diese grundlegenden Zusammenhänge des Turbulenzentstehungskreislaufs bilden die Basis für die weitere Entwicklung und Erforschung von aktiven Grenzschicht-Kontrollmechanismen, mit dem Ziel, die Turbulenz auf einem Tragflügel günstig zu beeinflussen, um den Widerstand zu reduzieren. Da die Turbulenz ein wesentlicher Faktor des Gesamtwiderstandes an einem Tragflügel im Reiseflug darstellt, bieten die Möglichkeiten der aktiven Turbulenzbegrenzung an Tragflügeln aber auch an Rümpfen einen erfolg­versprechenden Ansatz, den Kraftstoffverbrauch im Reiseflug maßgeblich zu senken. Die in diesem Vorhaben eingesetzte Technologie bringt gleichermaßen Vorteile für die Wirtschaftlichkeit und die wegen des wachsenden Luftverkehrsaufkommens immer dringendere Forderung der Umweltverträglichkeit. Der daraus resultierende Trend, die Effizienz des Triebwerks weiter zu steigern, rechtfertigt gleichermaßen die Untersuchung strömungsbeeinflussender Maßnahmen zur Reduzierung des Luftwiederstandes an Tragflügeln und Flugzeugrumpf.


Gefördert durch das Luftfahrtforschungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Förderkennzeichen: 20E1302E. Akronym: MaKoS


Partner: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt.
 
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Nico Reuther

 

 

Analyse der Vermischungs- und Stofftransportprozesse in Blasen-schwärmen unter Berücksichtigung blaseninduzierter Turbulenz

Das Ziel des Projekts besteht darin, die Vermischungs- und Stofftransportprozesse in Blasenschwärmen unter Berücksichtigung der blaseninduzierten Turbulenz mit hochauflösenden, bildgebenden 3D Messtechniken ohne systematische Fehler zu erfassen, um die physikalischen Stofftransportprozesse aufzuklären, Stofftransport-modelle zu verifizieren und zuverlässige Ergebnisse für die Validierung der numerischen Simulationstechniken der Projektpartner zu erhalten. Für die experimentellen Untersuchungen wird ein Strömungskanal genutzt, dessen Besonderheit darin besteht, dass sich mittels fraktaler und aktiver Gitter die Turbulenz über einen breiten Skalen- und Intensitätsbereich frei einstellen lässt. Damit kann die durch Blasen in einem Schwarm induzierte Turbulenz bzgl. Intensität, spektraler Verteilung und Kohärenz realistisch nachgebildet und systematisch variiert werden. Mit diesem Forschungsansatz soll das Verhalten einzelner Blasen und Blasengruppen in einer turbulenten Strömung bezüglich Aufstiegsverhalten, Deformation und Schwingung, Stofftransport von der Blase in das turbulente Fluid und Mischungsvorgänge durch die blaseninduzierte Turbulenz mit modernsten, berührungslos arbeitenden, optischen 3D Messtechniken systematisch untersucht und mit numerischen Vorhersagen der Projektpartner verglichen werden.

 
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1740.

Partner: TU Berlin, TU Dresden, Universität Bremen, Universität Stuttgart,

             TU Hambug-Harburg
 
Bearbeiter: M.Sc. Katharina Haase