Feinstruktur der thermischen Grenzschichten bei turbulenten Rayleigh-Bénard-Konvektion in Luft

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Turbulente thermische Konvektion tritt bei zahlreichen Strömungsprozessen in Natur und Technik auf. Wegen ihres hohen Turbulenzgrades und ihrer geometrischen Komplexität lässt sich diese Strömungsform nur sehr ungenau vorhersagen. Dies ist unter anderem auf ungenügendes Wissen über die genaue Struktur des Temperaturfeldes in den thermischen Grenzschichten zurückzuführen. Mit dem Großgerät Ilmenauer Fass steht an der TU Ilmenau eine weltweit einzigartige Turbulenzforschungsanlage zur Verfügung, mit der dieser Mangel überwunden werden kann. Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die Struktur der beiden horizontalen thermischen Grenzschichten in dem von unten beheizten und von oben gekühlten zylindrischen Luftvolumen des Ilmenauer Fasses mit bislang unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung zu vermessen. Zu diesem Zweck sollen für variable Rayleigh- Zahlen und Aspektverhältnisse an mehreren Punkten der Heizplatte die Profile von Temperatur, Temperaturschwankung, Skewness und Kurtosis gemessen und systematisch mit analogen Messungen an der Kühlplatte verglichen werden. Diese Untersuchungen sind dank einer im Jahre 2005 als DFG-Großgerät bewilligten Präzisionsheizplatte möglich geworden. Sie werden methodisch durch den Einsatz eines neuartigen Mikrotemperatursensors bereichert, der eine um fast zwei Größenordnungen bessere räumliche Auflösung als in bisherigen Temperaturmessungen erlaubt.