Experimentelle und numerische Untersuchungen des Übergangs zur Turbulenz in einem Ringkanal mit wandparallelem axialem Magnetfeld

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Die Anfachung oder Unterdrückung von Turbulenz in elektrisch leitfähigen Fluiden unter Magnetfeldeinfluss spielt bei zahlreichen Anwendungen in der Metallurgie sowie in der Halbleitereinkristallzüchtung eine wichtige Rolle, beispielsweise beim elektromagnetischen Bremsen. Der Turbulenzübergang in magnetohydrodynamischen (MHD) Kanalströmungen wurde deshalb in den Jahren 2001 bis 2008 unter maßgeblicher Beteiligung beider Antragsteller untersucht. Bisherige Experimente liefern allerdings kaum Informationen über die Strömungsstrukturen. Ein ebenso gravierender Mangel der eigenen numerischen Vorarbeiten ist die Vernachlässigung von Seitenwänden mit deren speziellen MHD-Grenzschichten. Diese Einschränkungen sollen im Rahmen des vorliegenden Projekts überwunden werden. Dazu erfolgen in enger wechselseitiger Kopplung Flüssigmetallexperimente in einem Ringkanal im axialen, homogenen Magnetfeld und hochaufgelöste Simulationen derselben Geometrie unter Berücksichtigung des endlichem Krümmungsradius und der Deckflächen. In den Experimenten sollen eigene numerische Vorhersagen zum subkritischen Turbulenzübergang mit wandparallelem Magnetfeld und zur großskaligen Intermittenz als Erscheinungsform der Turbulenz erstmalig geprüft werden. Die Simulationen gestatten die Variation der im Experiment konstant gehaltenen Parameter Aspektverhältnis, Krümmungsradius und elektrische Leitfähigkeit der Seitenwände, wodurch deren Einfluss auf die Strömungszustände und Strukturen erfasst werden kann. Das Projekt ist durch enge Kooperation mit Prof. Zikanov (U Michigan, USA) auf numerischem und mit Prof. Ben Wen Li (Northeastern Univ. Shenyang, China) auf experimentellem Gebiet gekennzeichnet. Für diese Kooperationsbeziehungen werden speziell Mittel beantragt.