Direkte numerische Simulation des Transports aktiver Skalare in kompressibler turbulenter Strömung

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Vorarbeiten zu diesem Projekt dienten (und dienen noch) der Analyse von Kompressibilitäts-Effekten beim Transport eines passiven Skalars in turbulenter Überschallkanalströmung und der Überprüfung einer von Rudolf Friedrich (Münster) zunächst für inkompressible isotrope Turbulenz entwickelten statistischen Theorie. Es wurden direkte numerische Simulationen (DNS) der vollentwickelten Kanalströmung bei Machzahlen zwischen 0.3 und 3 und Turbulenz-Reynoldszahlen zwischen 180 und 545 durchgeführt. Sie lieferten u.a. Skalengesetze für den Kompressibilitätseinfluss auf die Reynoldsspannungen, die turbulenten Skalarflüsse und Korrelationen, die Druckfluktuationen beinhalten (Druck-Scherkorrelation, Skalar-Druckgradienten-Korrelation). Die direkten Simulationen stationärer isotroper (inkompressibler) Turbulenz laufen noch, werden jedoch bis Ende September 2003 abgeschlossen sein. Die in diesem Projekt geplanten Untersuchungen gelten dem Transport aktiver Skalare in kompressiblen turbulenten Gasgemischen, wie er etwa bei Verbrennungsprozessen auftritt. Chemische Reaktionen sind hier allerdings noch ausgeschlossen. Ziel ist es, den Einfluss von Kompressibilität und von detaillierten molekularen Transportprozessen (z.B. Thermodiffusion) auf den turbulenten Skalartransport zu analysieren. Einige publizierte Arbeiten belegen solche Effekte für große Temperatur- und Konzentrationsgradienten. Anhand von direkten Simulationen homogener isotroper und gescherter Turbulenz sowie von turbulenten Mischungsschichten (die besonders hohe Temperatur- und Konzentrationsgradienten über die Randbedingungen zu spezifizieren gestatten) sollen diese Effekte studiert und besser verstanden werden. Die von Rudolf Friedrich zu entwickelnde statistische Theorie des Transports aktiver Skalare soll am Beispiel homogener kompressibler Turbulenz getestet werden.