Asymptotische Analyse von turbulenten Strömungen bei großen Rayleigh-Zahlen
Ausgehend von der Einschätzung, dass auch in absehbarer Zukunft technisch relevante turbulente Strömungen auf der Basis zeitgemittelter Gleichungen berechnet werden, soll speziell für großräumige natürliche Konvektionsströmungen die asymptotische Struktur im Grenzfall großer Rayleigh-Zahlen untersucht werden. Damit soll die Basis für eine numerische Behandlung geschaffen werden, die der speziellen physikalischen Situation solcher Strömungen angepaßt ist. Für erzwungene Strömungen großer Reynolds-Zahlen ist diese Vorgehensweise seit langem erfolgreich angewandt worden und hat unter anderem zum Einsatz sog. Wandfunktionen geführt, die es erlauben, die numerische Gitterpunktdichte in Wandnähe gegenüber einer Lüsung ohne Wandfunktionen erheblich zu reduzieren. Die Basis für eine solche Vorgehensweise ist stets die genaue Kenntnis des sog. Skalierungsverhaltens der Strömung im Grenzfall der relevanten Lösungsparameter. Während dies für erzwungene Konvektion gut bekannt ist, liegen solche Erkenntnisse bei natürlichen Konvektionsströmungen nur für ausgesuchte Standardfälle vor. Ob die dort gewonnenen Erkenntnisse vollstöndig auf natürliche Konvektionsströmungen übertragen werden können, bei denen großräumige Strömungsstrukturen, wie auftriebsinduzierte Konvektionswalzen auftreten, ist zunächst offen.Das Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es deshalb, auf der Basis analytischer Überlegungen zum Skalierungsverhalten in Wandnähe experimentelle und numerische Daten gezielt auszuwerten. Dies dient der Bestätigung bzw. Widerlegung getroffener Annahmen und aufgestellter Ansätze sowie der Bestimmung stets vorhandener empirischer Konstanten in den analytischen Formulierungen des Skalierungsverhaltens.
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