Nichtlineare Dynamik im rotierenden konzentrischen Zylinderspalt unter Einfluss von thermischer Konvektion

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Geheizte rotierende Flüssigkeiten bilden als physikalisches Phänomen die Grundlage in vielen technischen Anwendungen der Verfahrenstechnik und im Maschinenbau, z. B bei Anwendungen aus dem Bereich von Wärmetauschern, Rührern, umweltverfahrenstechnische Reaktoren, der Kühlung von Turbinenmotoren oder Wellen von Elektromotoren. In dem geplanten Forschungsprojekt soll der Einfluss eines radialen Temperaturgradienten auf die Stabilität und die Strukturbildung der Strömung im Spalt zwischen zwei relativ zueinander rotierenden koaxialen Zylindern (TaylorCouette-System) experimentell untersucht werden. Es handelt sich um das thermische Taylor-Couette-System, in dem der innere Zylinder beheizt und der äußere gekühlt wird. Dabei interessiert vor allem die durch thermische Konvektion veränderte Dynamik gegenüber der isothermen Strömung und die damit verbundenen neuen Strömungsphänomene. Das Ziel des Projektes ist eine umfassende experimentelle Analyse der nichtlinearen Dynamik der auftretenden Transitionen (Bifurkationen) bei Variation der Prozessparameter, wozu spezielle Methoden der nichtlinearen Dynamik wie der Bifurkationstheorie und der nichtlinearen Datenanalyse auf räumlich ausgedehnte Systeme zum Einsatz kommen werden. Neben der Abhängigkeit der Strömung vom angelegten Temperaturgradienten zwischen Innen- und Außenzylinder (Größe und Orientierung) und der Rotation des inneren Zylinders soll zusätzlich auch der Einfluss des Aspektverhältnisses der Zylinder sowie der Endgeometrie der Zylinder auf die Strömung analysiert werden. Im Hinblick auf die spezielle Anwendung von Schiffswellenlagerungen und -dichtungen soll neben dem Standard-Taylor-Couette-System mit vertikaler Rotationsachse auch das mit horizontaler Achslage untersucht werden. Hier sind grundsätzlich andere Strömungseffekte des Temperaturgradienten zu erwarten.