Referenzexperiment für Untersuchungen der Dynamik und Koexistenz von großräumigen und kleinskaligen Strömungsstrukturen am Beispiel barokliner und Schwerewellen

以斜压波和重力波为例研究大尺度和小尺度流动结构的动力学和共存的参考实验

• 批准号: 42614931
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Christoph Egbers
• 金额: --
• 依托单位: Lehrstuhl Aerodynamik und Strömungslehre
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Priority Programmes
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2006-12-31 至 2014-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/42614931?language=en
• 关键词: Referenzexperiment; Untersuchungen; der; Dynamik; und

Die thermisch getriebene Strömung in einem rotierenden Zylinderspalt (Barokliner Wellentank) dient als Referenzexperiment für das Schwerpunktprogramm (SPP) MetStröm. Dieses Experiment ist ein anerkanntes Modell für meteorologische Strömungen und ist als Referenzexperiment für den MetStröm Teilbereich „Große Skalen/Dynamik“ besonders geeignet, weil es sehr gut kontrollierbare Randbedingungen besitzt und bereits zahlreiche internationale Gruppen Untersuchungen im leicht überkritischen Wellenbereich mit diesem Modell durchgeführt haben. Die im Referenzexperiment gemachten (Phase 1) und für die Zukunft geplanten Untersuchungen (Phase 2) gehen aber über die früher gemachten Arbeiten hinaus und beziehen sich auf die Charakterisierung bisher nur sehr wenig untersuchter koexistierender groß- und kleinräumiger Strukturen beim Übergang in die Turbulenz.Im Rahmen der für Phase 2 geplanten Referenzexperimente konzentrieren wir uns auf simultane Geschwindigkeits- und Temperaturmessungen mit dem Fokus auf kleinskalige Strukturen. Diese werden vornehmlich für weit überkritische Bereiche mit hohen Taylorzahlen beobachtet, in denen das Strömungsregime typischerweise eine Vielzahl koexistierender Skalen aufweist. Zur quantitativen Bestimmung der Strömungsfelder sind bewährte räumlich und zeitlich hochauflösende berührungsfreie Messverfahren (LDA- und PIV-Messungen) vorgesehen. Gleichzeitig mit PIV- und LDA-Messungen werden Temperaturfelder an der Oberfläche mit einer Infrarot-Kamera quantitativ bestimmt. In Phase 1 konnten wir bereits solche simultanen Messungen durchführen. Für Phase 2 wollen wir aber noch weiter in das irreguläre Regime vordringen. Dazu muss der bestehende Experimentaufbau mit einem Schleifring ausgestattet werden, der eine Co-Rotation der Kameras mit dem Zylinderspalt erlaubt.Simultane Messungen von Geschwindigkeit und Temperatur erlauben es, punktuelle, zeitlich hoch aufgelöste LDA-Messungen dem „globalen Wellenfeld“ zuzuordnen. Auch lassen sich PIV-Messungen in radialer-axialer Ebene durchführen, ohne den Bezug zum Wellenfeld zu verlieren. Dies ist zum einen wichtig für die Interpretation der Daten, zum anderen können Strukturen gefunden werden, die mit dem PIV-System allein nicht zu erfassen sind. Nicht zuletzt erhöhen simultane Messungen von Temperatur und Geschwindigkeit die Qualität der Benchmarkdaten für numerische Verfahren ganz erheblich.Zur Auswertung der Daten und zur Charakterisierung der gemessenen Zustände werden Methoden der nichtlinearen Zeitreihenanalyse eingesetzt. Gemessene Felder werden mit bewährten Verfahren der Multivariaten Statistik analysiert. Etablierte Verfahren werden aber auch an die speziellen Gegebenheiten unseres Experiments angepasst, um z.B. die Zylindersymmetrie geeignet auszunutzen. Phase 1 hat gezeigt, dass solche Analysen nicht nur nützlich sind zum Aufbereiten der Daten, sondern auch neue Einblicke in die Dynamik bei Regimeübergängen erlauben. Für Phase 2 planen wir auch numerische Experimente an der BTU Cottbus, die in enger Kooperation mit numerischen Arbeitsgruppen aufgesetzt werden. Solche Experimente sind wichtig, um Messungen, insbesondere von kleinskaligen Phänomenen, vor Ort zu unterstützen. Alle gewonnenen Messdaten und Ergebnisse werden den numerischen Arbeitsgruppen innerhalb des Schwerpunktprogramms als Benchmarkdaten zur Verfügung gestellt. Eine Internet Plattform zum Herunterladen der Daten ist bereits in Arbeit. Tabelle 1 zeigt bisherige und zukünftige Kooperationen innerhalb von MetStröm. Für Phase 3 planen wir, zusätzlich topographische Rossby- und Schwerewellen im Zylinderspalt anzuregen und deren Wechselwirkung mit den baroklinen Wellen experimentell zu untersuchen.

Die thermisch getriebene Strömung in einem rotierenden Zylinderspalt（Barokliner Wellentank）dient als Referenzexperiment für das Schwerpunktprogramm（SPP）MetStröm.该实验是一个用于气象Strömungen的模型，也是一个用于MetStröm Teilbereich“Große Skalen/Dynamik”的参考实验，因为它是一个很好的控制随机性的实验，也是一个国际研究小组在使用该模型时的一个重要实验。在参考试验（第一阶段）和第二阶段的试验中，我们发现，在湍流中，早期的工作方式和小结构的特性都是比较好的。在第二阶段的试验中，我们同时进行了几何风场的模拟。和温度传感器与小结构上的焦点。这种韦尔登式的批判主义的观点被认为是正确的，因为这种专制政权通常是一种将旧社会的旧社会。Zur quantitativen Bestimmung der Strömungsfelder sind bewährte räumlich und zeitlich hochauflösende berührungsfreie Messverfahren（LDA- und PIV-Messungen）vorgesehen. Gleichzeitig mit PIV- und LDA-Messungen韦尔登温度传感器an der Oberfläche mit einer Infrarot-Camera quantitativ bestimmt.在第一阶段，我们将继续进行测试。对于第二阶段，我们将在不规则的制度下继续前进。为此，我们必须进行最好的实验，包括韦尔登的测量，以及与Zylinderspalt配合的摄像机的旋转，同时测量气体温度和温度，这是一个很好的方法，可以提高LDA测量的全球性。也可以将PIV传感器安装在径向轴向Ebene上，然后将其放置在Wellenfeld上。这是一个非常重要的数据解释工具，它可以解释韦尔登，但使用PIV系统并不完全正确。Nicht zuletzt erhöhen simultane Messungen von Temperatur und Geschwindigkeit die Qualität der Benchmarkdaten für numerische Verfahren ganz erheblich.Zur Auswertung der Daten und zur Charakterisierung der gemessenen Zustände韦尔登尔登方法der nichtlinearen Zeitreihenanalysis eingesetzt. Gemessene Felder韦尔登将致力于多变量统计分析。我们的实验室里也有专门的韦尔登，我们的实验室里也有专门的实验。这是Zylindersymmetrie的另一个特点。第一阶段是这样的，这一分析不仅仅是为了提高数据的可靠性，它也是在制度的动态方面的一个新的障碍。对于第二阶段，我们也计划在BTU科特布斯进行数字实验，并与数字工作组进行韦尔登。Solche Experimente sind wichtig，um Messungen，insbesondere von kleinskaligen Phänomenen，vor Ort zu unterstützen.所有的消息和结果都是由Schwerpunktprogramms内部的数字化工作组通过Benchmarkdaten zur Verfügung gestellt完成的。一个互联网平台，以方便数据的传输是值得的。表1显示了MetStröm的内部安全和合作。对于第三阶段，我们计划在Zylinderspalt anzuregen和deren Wechselenkung上绘制Rossby- und Schwerewellen的地形图，并与baroklinen Wellen进行实验。