Effect of initial conditions on the fine structures formation in non-reacting and reacting shear flows at high Schmidt numbers

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Die Feinstrukturen eines Skalarfeldes spielen eine wichtige Rolle für die Molekularmischung (Mikromischung). Deswegen beeinflussen sie stark die chemische Reaktion in turbulenten Strömungen. Ausführliche Kenntnisse über Topologie und Evolution dieser Strukturen sind wichtig sowohl für das Verständnis der Physik der turbulenten Mischung als auch für die Entwicklung der statistischen Modelle und letztendlich für die Verbesserung chemischer Verfahren. Untersuchungen dieser Strukturen sind besonders kompliziert bei großen Schmidt – und Reynoldszahlen. Das Ziel dieses Projekts ist die experimentelle Untersuchung der Evolution der Finestrukturen in den flüssigen turbulenten Scherströmungen mit und ohne chemische Reaktion unten dem Einfluss von variablen Anfangsbedingungen, die durch eine passive Einwirkungsmethode auf die Strömung realisiert werden. Optische Methoden (PIV- Particle Image Velocimetry, und LIF- Laser Induced Fluorescence) werden für die hochaufgelösten Messungen von Geschwindigkeits- und Skalarfeldern in der turbulenten Strömung gebraucht. In der Strömung mit chemischer Reaktion, wo eine Neutralisationsreaktion verläuft, um die Mikromischung zu erkennen, wird die „two-colour LIF“ Methode durchgeführt. Die experimentellen Daten werden mit Software bearbeitet, um die statistische Momentums, Korrelationen zwischen Geschwindigkeits- Skalar, Skalar- Skalar, 2D Dissipationsrate und Wahrscheinlichkeitsdichte (PDF) der verschiedenen Größen zu analysieren. Diese datenbase wird für die Prüfung der Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) und Grobstruktursimulation (LES) Modelle gebraucht. Die Anwendung der passiven Einwirkungsmethode, um sowohl die Mischung als auch chemische Reaktion zu beeinflussen, ist ein wichtiger Beitrag des beantragenden Projekts.