Strömung und Wärmeübergang in 3D turbulenten Strömungen in komplexen Geometrien (PKA Köhler)

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In dem gemeinsamen Forschungsvorhaben soll die konvektive Wärmeübertragung in komplexen Geometrien, d.h. dreidimensionalen turbulenten Formen der Hauptströmung mit überlagerter, induzierter Sekundärströmung durch Wirbelerzeuger, im Hinblick auf lokale Nusselt-Zahl und Strömungswiderstand numerisch wie auch experimentell untersucht werden; dies ist ein aktuelles Forschungsgebiet von grundlegendem thermodynamischen Interesse und von hoher technischer und wirtschaftlicher Relevanz. Derzeit können Fehler von über 100 % bei der numerischen Bestimmung der lokalen Nusselt-Zahl auftreten, was durch die turbulente Schließungsproblematik und numerische Probleme begründet ist. Zielsetzung dieses Vorhabens ist es, den Wärmeübergang so zu beschreiben, dass die Vorhersagen für den Temperaturgradienten des Fluides an der Wand im Reynolds-Zahlenbereich zwischen 10E4 und 10E5 deutlich verbessert werden. Dazu sollen lokale physikalische Effekte im wandnahen Bereich und turbulente Flüsse besser aufgelöst werden. Numerisch müssen bestehende Modelle für den turbulenten Wärmestrom nach dem Konzept der turbulenten Prandtl-Zahl durch tensorielle Ansätze ersetzt werden, die Nicht-Gleichgewichtseffekte darstellen können. Zur experimentellen Erfassung der stark dreidimensionalen Strömungsfelder und des flächendeckenden Wärmeübergangs werden die Methoden TLC, PIV, LDA, AAM, IR-CCD eingesetzt. Der enge Erfahrungsaustausch der Partner hinsichtlich Genauigkeit, Einschränkungen und Auflösung der Methoden wird zur weiteren Entwicklung der Verfahren und deren Anwendung beitragen.