Experimental investigations on the dynamics and kinematics of transitional flow structures in a pipe generated by optimized disturbances

根据Tatsache的理论，当层间的Rohrströmung（RS）线性稳定时，实际上会有一个层间Strömung的过渡，从而使层间Strömungszustand变得稳定。Wird in der Strömung bei nedriger toucholdszahl eine lokalisierte Strörung induziert，treten bestimmte Strömungsstrukturen vor und während der Transition auf.所有的Strömungsstrukturen都是Zeit Puff-和Slug-Strukturen。数值计算是在过渡区的大强度结构上进行的，即行波（TW），其数值解是Navier-Stokes-Gleichungen的数值解。一个实验者Nachweis dieser Strömungsstrukturen steht allerdings noch aus，da keine Erkenntnisse über die Art und die Stärke der Strörungen vorliegen，welche zu diesen Strukturen führen.这是一个过渡结构的发展过程，它包含了许多复杂的元素，但还没有完全理解。在第一个项目阶段，一个很长的Rohrmessstrecke（3200 D）使用一种特殊的结构跟踪方法（Structure Tracking Method），在Betrieb genommen中，可以实现结构跟踪的动态变化和最佳的结构一致性。对湍流流动的动力学研究是对气动力各向异性的运动学研究，气动力各向异性不变性对转捩的影响比Pfaden更大。因此，这是一个与运动学研究有关的过渡Strömungsstrukturen动力学的Betrachtungen的Ergebnisse Zusammenführung。该项目的主要目的是研究罗伦TW的运行机制，以及TW的运行和过渡过程中的抽吸作用。Slug-Strukturen sowie die Grenzen zwischen ihrem Auftreten experimentell zu untersuchen.因此，必须对过渡结构的动力学和运动学进行适当的调整，以控制韦尔登。本文介绍了用希氏成像测量和立体PIV测量韦尔登气体流速的方法. Mit Hilfe von Strömungsvisualisierungen in Verbindung mit Musterkennung und Optimierungsaltaiten韦尔登die optimalen Strörungsparameter zur Erzeugung der verzeugenen TW-Typen identifiziert.设计一种技术，以再现艺术和智慧的方式对TW的形状进行验证，例如，TW中的几何形状量化，而TW在罗尔体育场中的设计则更加完美。本文通过对Taylor-Couette-Strömungen（TC）和Rayleigh-Benard-Konvektion（RB）中过渡Strömungsstrukturen（TC）的拓扑分析，对过渡Strömungsstrukturen（TC）和各向异性的几何轮廓、边界条件和寿命统计进行了研究。Unbergreifendes Ziel is es，die gemeinsamen Transportmechanismen in diesen Strömungen aufzuzeigen.

Trotz der Tatsache, dass die voll entwickelte laminare Rohrströmung (RS) linear stabil ist, wird in der Realität eine Transition der laminaren Strömung zu einem turbulenten Strömungszustand beobachtet. Wird in der Strömung bei niedriger Reynoldszahl eine lokalisierte Störung induziert, treten bestimmte Strömungsstrukturen vor und während der Transition auf. Als solche Strömungsstrukturen sind seit geraumer Zeit Puff- und Slug-Strukturen bekannt. Numerisch wurden zudem vor der Transition großskalige Strömungsstrukturen, sogenannte Traveling Waves (TW), die exakte instationäre numerische Lösungen der Navier-Stokes-Gleichungen sind, nachgewiesen. Ein experimenteller Nachweis dieser Strömungsstrukturen steht allerdings noch aus, da keine Erkenntnisse über die Art und die Stärke der Störungen vorliegen, welche zu diesen Strukturen führen. Ferner ist die Entwicklung der Transitionsstrukturen mit zunehmender Reynoldszahl, noch nicht vollständig verstanden. Für die Klärung der Dynamik der verschiedenen transitionalen Strukturen und der in der Literatur bestehenden Inkonsistenzen der Statistiken wurde in der ersten Projektphase eine sehr lange Rohrmessstrecke (3200 D) mit einer speziell entwickelten Messtechnik zur Verfolgung jeder einzelnen der erzeugten Strukturen (Structure Tracking Method) aufgebaut und in Betrieb genommen. Unabhängig von dieser dynamischen Beschreibung der Turbulenzvorgänge haben kinematische Untersuchungen der Anisotropie von Geschwindigkeitsfluktuationen gezeigt, dass Anisotropie-Invarianten von Geschwindigkeitsfluktuationen während der Transition bestimmten Pfaden folgen. Was nun aussteht, ist eine Zusammenführung der Ergebnisse der Betrachtungen zur Dynamik der transitionalen Strömungsstrukturen mit denen der kinematischen Untersuchungen. Das vorgeschlagene Projekt zielt deshalb darauf ab, den Mechanismus der Entstehung von TW in Rohren, den Zusammenhang zwischen den TW und den turbulenten transitionalen Puff- bzw. Slug-Strukturen sowie die Grenzen zwischen ihrem Auftreten experimentell zu untersuchen. Darüber hinaus soll die Verbindung zwischen den dynamischen und kinematischen Befunden über transitionale Strukturen hergestellt und daraus Strategien zur Kontrolle der Transition konzipiert werden. Dazu werden Geschwindigkeitsmessungen mit der Hitzdrahtanemometrie und mit Stereo- PIV durchgeführt. Mit Hilfe von Strömungsvisualisierungen in Verbindung mit Mustererkennung und Optimierungsalgorithmen werden die optimalen Störungsparameter zur Erzeugung der verschiedenen TW-Typen identifiziert. Die Entwicklung einer Technik zur gezielten Erzeugung von verschiedenen Formen von TW auf eine reproduzierbare Art und Weise, ermöglicht es, das Geschwindigkeitsfeld in den TW quantitativ zu untersuchen und die Entwicklung von TW im Rohr bis ins turbulente Stadium zu verfolgen. Schließlich werden die gemessenen Profile der turbulenten Spannungen und deren Anisotropie, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens und die Lebensdauerstatistik sowie die räumliche Topologie der transitionalen Strömungsstrukturen analysiert im Vergleich mit denjenigen, die in Taylor-Couette-Strömungen (TC) und der Rayleigh- Benard-Konvektion (RB) vorgefunden werden. Übergreifendes Ziel ist es, die gemeinsamen Transportmechanismen in diesen Strömungen aufzuzeigen.