Wandnahes Verhalten der turbulenten gemischten Konvektion bei hohen Grashof- und Reynolds-Zahlen

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Die Kombination von erzwungenen Strömungen (extern aufgeprägter Antrieb , z.B. durch eine Pumpe) und natürlichen Strömungen (intern vorhandener Antrieb , z.B. durch Temperaturunterschiede) tritt als sog. gemischte Konvektion in vielen technischen aber auch atmosphärischen Strömungssituationen auf. Die Genauigkeit numerischer Lösungen, insbesondere bei turbulenten Strömungen und hohen Werten der relevanten Kennzahlen Re (Reynolds-Zahl) und Gr (Grashof-Zahl, bzw. Rayleigh-Zahl Ra = GrPr) ist heute und bleibt auf lange Sicht unbefriedigend. Entscheidende Verbesserungen sind aber möglich, wenn die asymptotische Struktur der Strömungen in Wandnähe bei den numerischen Lösungen berücksichtigt bzw. genutzt werden kann. Im Grenzfall Re ¿ ¿bzw. Gr ¿ ¿ zeigen die wandnahen Bereiche ein universelles Lösungsverhalten, d.h. die Lösungen gelten dort unabhängig von der konkreten Strömungsgeometrie. Diese Universalität der asymptotischen Lösungen turbulenter wandnaher Strömungen kann für sog. Wandfunktionen genutzt werden, mit denen die wandnahen Strömungsfeld-Bereiche analytisch überbrückt werden. Damit kann eine sonst erforderliche extrem hohe Gitterdichte für numerische Lösungen vermieden werden. Das beantragte Projekt soll in enger Zusammenarbeit mit dem virtuellen Institut Thermische Konvektion (eingerichtet vom Impuls- und Vernetzungsfond der Helmholtz-Gesellschaften, bestehend aus vier Einzelprojekten, Beginn 4/2004) durchgeführt werden, und die dortigen Projekte bzgl. der asymptotischen Überlegungen entscheidend ergänzen.