Die Entstehung der Turbulenz in Rohrströmungen

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In diesem Vorhaben sollen Mechanismen der Turbulenzentstehung in der räumlich sich entwickelnden Rohrströmung untersucht werden. Insbesondere soll der Frage nachgegangen werden, welche Rolle algebraische Instabilitäten aufgrund der Nicht-Normalität des Operators der linearen Theorie für die Rohrströmungen spielen, und inwieweit sich mit Hilfe derartiger Mechanismen die scheinbaren Widersprüche zwischen Theorie und Experiment im Hinblick auf die kritische Reynoldszahl erklären lassen. Die hier vorgeschlagenen Untersuchungen sollen mit Hilfe von numerischen Verfahren zur direkten numerischen Simulation auf der Grundlage der vollständigen, dreidimensionalen Navier-StokesGleichungen für die inkompressible Rohrströmung durchgeführt werden. Ein hochgenaues Verfahren, für diesen Zweck wurde im Rahmen dieses Projektes entwickelt und im Detail validiert. In der nun folgenden Projektphase wird mit Hilfe der geschaffenen Verfahren die Entwicklung kleiner Störungen zunächst in der vollausgebildeten laminaren Rohrströmung numerisch simuliert werden. Erste Testsimulationen hierzu wurden bereits durchgeführt und ergaben eine sehr gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen.