Magnetisches Bremsen turbulenter Strömungen: Experiment

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Bewegt sich ein elektrisch leitfähiges Fluid in einem stationären Magnetfeld, so erfährt es eine Bremskraft, die von der Strömungsgeschwindigkeit, vom Turbulenzgrad sowie von Stärke und Form des Magnetfeldes abhängt. Das mangelhafte Verständnis dieses komplexen Wechselspiels zwischen Fluiddynamik und Elektrodynamik spiegelt sich in einer ungenauen Vorhersage von elektromagnetischen Bremsen in der Metallurgie sowie von Strömungsprozessen des flüssigen Erdkerns unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes wieder. Mit dem vorliegenden Projekt soll erstmals eine umfassende experimentelle Datenbasis über das Verhalten dreidimensionaler transitioneller und turbulenter Strömungen in einem räumlich inhomogenen Magnetfeld geschaffen werden. Dies soll durch Präzisionsexperimente mit einer Flüssigmetallströmung (Ga-In-Sn) in einem Rechteckkanal erfolgen. Durch eine Kombination aus lokaler Geschwindigkeitsmessung mittels Vives-Sonden sowie Messung und Visualisierung der elektrischen Potentialverteilung mittels Vielkanal-Potentialsondenmessung sollen zwei Ziele erreicht werden. Einerseits soll durch Experimente bei moderater Reynoldszahl die Frage geklärt werden, ob ein ínhomogenes Magnetfeld den Übergang zur Turbulenz beschleunigt oder verzögert. Andererseits soll bei hohen Reynoldszahlen der Einfluss des Magnetfeldes auf die turbulenten Schwankungsgrößen umfassend charakterisiert werden. Die im Projekt A-1 durchgeführten Experimente werden durch direkte numerische Simulationen des vollständig gekoppelten fluiddynamisch-elektr