Experimental investigations on the dynamics and kinematics of transitional flow structures in a pipe generated by optimized disturbances

Trotz der Tatsache, dass die voll entwickelte laminare Rohrströmung （RS）线性稳定，wind in der Realität eine Transition der laminaren Strömung zu einem turbulenten Strömungszustand beobachet。wind in der Strömung bei niedriger Reynoldszahl eine lokalisierte Störung industriziert, treten bestestimationStrömungsstrukturen vor and während der Transition auf。同时也解决了Strömungsstrukturen这一问题。Numerisch wurden zudem vor der Transition großskalige Strömungsstrukturen， sogenannte行波（TW）， die exakte instationäre numerische Lösungen der Navier-Stokes-Gleichungen sind, nachgewiesen。在实验中，科学家Nachweis dieser Strömungsstrukturen在研究中发现了许多新事物，例如，在研究中发现了许多新事物；在研究中发现了许多新事物；在研究中发现了许多新事物；在研究中发现了许多新事物；Ferner ist die Entwicklung der transitionsstruckturen mit zunehmender Reynoldszahl, no night vollständig verstanden。fbr die Klärung der Dynamik der verschiedenen transitionalen Strukturen und der in der文献bebestehenden inconstisien der statisticken wurde in der ersten项目阶段eine sehr lange rohrmessstreck (3200 D) mbr speziell entwickelten Messtechnik zur Verfolgung jder einzelnen der erzeugten Strukturen（结构跟踪方法）aufgebauund in Betrieb基因组。Unabhängig von dieser dynamischen Beschreibung der Turbulenzvorgänge haben kinematische Untersuchungen der各向异性von Geschwindigkeitsfluktuationen gezet， ass各向异性- invariante von Geschwindigkeitsfluktuationen während der Transition best estimten Pfaden folgen。是ununausstet，是ununausstet，是ununausstet，是ununausstet，是ununausstet，是ununausstet，是ununausstet，是ununausstet。[2] [1] [2] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [4]弹珠撞击的实验结果表明：弹珠撞击的实验结果与实验结果一致。[4] [4] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [9] [4]大祖werden geschwindigkeitsmesssungen，德国，德国，德国，德国，德国，德国，德国，德国，德国，德国。Mit Hilfe von Strömungsvisualisierungen in verindung Mit Mustererkennung and optimierungsalorithmen werden die optimalen Störungsparameter zur Erzeugung der verschiedenen TW-Typen identifiiert。Die Entwicklung einer Technik zur gezielten Erzeugung von verschiedenen Formen von twine reproduction Art and Weise, ermöglicht es， das Geschwindigkeitsfeld in den TW定量研究和Die Entwicklung von twim Rohr is in turbulente Stadium zuverfolgen。schließ ßlich werden die gemessenen剖面der turbulenentspannungen and deren各向异性，die Wahrscheinlichkeit des Auftretens and die Lebensdauerstatistik sowie die räumliche拓扑结构der transitionalen Strömungsstrukturen analyert im Vergleich mit denjenigen， die in Taylor-Couette-Strömungen (TC) and der Rayleigh- Benard-Konvektion (RB) vorgefunden werden。Übergreifendes Ziel等，die gemeinsamen在柴油中的运输机制Strömungen aufzuzeigen。

Trotz der Tatsache, dass die voll entwickelte laminare Rohrströmung (RS) linear stabil ist, wird in der Realität eine Transition der laminaren Strömung zu einem turbulenten Strömungszustand beobachtet. Wird in der Strömung bei niedriger Reynoldszahl eine lokalisierte Störung induziert, treten bestimmte Strömungsstrukturen vor und während der Transition auf. Als solche Strömungsstrukturen sind seit geraumer Zeit Puff- und Slug-Strukturen bekannt. Numerisch wurden zudem vor der Transition großskalige Strömungsstrukturen, sogenannte Traveling Waves (TW), die exakte instationäre numerische Lösungen der Navier-Stokes-Gleichungen sind, nachgewiesen. Ein experimenteller Nachweis dieser Strömungsstrukturen steht allerdings noch aus, da keine Erkenntnisse über die Art und die Stärke der Störungen vorliegen, welche zu diesen Strukturen führen. Ferner ist die Entwicklung der Transitionsstrukturen mit zunehmender Reynoldszahl, noch nicht vollständig verstanden. Für die Klärung der Dynamik der verschiedenen transitionalen Strukturen und der in der Literatur bestehenden Inkonsistenzen der Statistiken wurde in der ersten Projektphase eine sehr lange Rohrmessstrecke (3200 D) mit einer speziell entwickelten Messtechnik zur Verfolgung jeder einzelnen der erzeugten Strukturen (Structure Tracking Method) aufgebaut und in Betrieb genommen. Unabhängig von dieser dynamischen Beschreibung der Turbulenzvorgänge haben kinematische Untersuchungen der Anisotropie von Geschwindigkeitsfluktuationen gezeigt, dass Anisotropie-Invarianten von Geschwindigkeitsfluktuationen während der Transition bestimmten Pfaden folgen. Was nun aussteht, ist eine Zusammenführung der Ergebnisse der Betrachtungen zur Dynamik der transitionalen Strömungsstrukturen mit denen der kinematischen Untersuchungen. Das vorgeschlagene Projekt zielt deshalb darauf ab, den Mechanismus der Entstehung von TW in Rohren, den Zusammenhang zwischen den TW und den turbulenten transitionalen Puff- bzw. Slug-Strukturen sowie die Grenzen zwischen ihrem Auftreten experimentell zu untersuchen. Darüber hinaus soll die Verbindung zwischen den dynamischen und kinematischen Befunden über transitionale Strukturen hergestellt und daraus Strategien zur Kontrolle der Transition konzipiert werden. Dazu werden Geschwindigkeitsmessungen mit der Hitzdrahtanemometrie und mit Stereo- PIV durchgeführt. Mit Hilfe von Strömungsvisualisierungen in Verbindung mit Mustererkennung und Optimierungsalgorithmen werden die optimalen Störungsparameter zur Erzeugung der verschiedenen TW-Typen identifiziert. Die Entwicklung einer Technik zur gezielten Erzeugung von verschiedenen Formen von TW auf eine reproduzierbare Art und Weise, ermöglicht es, das Geschwindigkeitsfeld in den TW quantitativ zu untersuchen und die Entwicklung von TW im Rohr bis ins turbulente Stadium zu verfolgen. Schließlich werden die gemessenen Profile der turbulenten Spannungen und deren Anisotropie, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens und die Lebensdauerstatistik sowie die räumliche Topologie der transitionalen Strömungsstrukturen analysiert im Vergleich mit denjenigen, die in Taylor-Couette-Strömungen (TC) und der Rayleigh- Benard-Konvektion (RB) vorgefunden werden. Übergreifendes Ziel ist es, die gemeinsamen Transportmechanismen in diesen Strömungen aufzuzeigen.