Turbulent Couette-Poiseuille Flow with Wall Transpiration: Analytical Study and Direct Numerical Simulation

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Im vorliegenden Projekt soll eine inkompressible vollständig turbulente Couette–Poisseuille Strömung unter dem Einfluss von Ein- und Ausblasen bei konstantem Wandfluss mittels analytischer Methoden und direkter numerischer Simulation (DNS) untersucht werde. Zwei verschiedene Strömungsformen, d.h. mittlere Geschwindigkeitsprofile, sind zu erwarten nämlich mit und ohne lokales Maximum. Zunächst soll die Strömung mit lokalem Maximalwert untersucht werden sowie im Anschluss daran der Übergang zum zweiten Strömungsregime. Neue turbulente Skalengesetze sollen für die mittlere Geschwindigkeit, den Reynoldsschen Spannungstensor sowie für den Wandreibungskoeffizienten entwickelt werden. Basis ist sind alleine analytische Methoden wie asymptotische Verfahren sowie Methoden aus der Gruppentheorie.Mit den geplanten DNS sollen für einen möglichst weiten Parameterraum die Datenbasis geschaffen werden, um die Theorie zu validieren sowie Daten über die turbulente Feinstruktur zu schaffen, die mit den Reynolds gemittelten Gleichungen nicht zu erlangen sind. Spezielle Aufmerksamkeit soll dem Fall der verschwindenden Wandschubspannung gewidmet werden, welcher durch Kombinationen der Einblas- bzw. Absauggeschwindigkeit und der relativen Wandgeschwindigkeit erzeugt werden kann. Dieser spezielle Fall kann auch als Model für Strömungen mit starkem Druckgradient aufgefasst werden und auch dort soll ein vertieftes Verständnis für die turbulente Feinstruktur erzielt werden. Aus Vorarbeiten in der Literatur ist bekannt, dass bei gegebenen Reynoldszahl mit steigender Absauggeschwindigkeit die Strömung an dieserWand lokal laminar wird. Diese Phänomen soll im vorliegenden Projekt ausgeschlossen werden und soll Inhalt eines Nachfolgeprojektes werden.