Teilprojekt A06N - Experimentelle Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Skalartransport und Turbulenz an Wänden

Link SFB/TRR150:  https://www.trr150.tu-darmstadt.de/der_sonderforschungsbereich/CRC.de.jsp

In diesem neuen Teilprojekt soll die Wechselwirkung zwischen Skalartransport und Turbulenz an Wänden experimentell untersucht werden. Die Anordnung besteht dabei aus einer Düse, die mittig mit einer Trennwand versehen ist. Die beiden Teilströme propagieren nach Düsenaustritt in einer gewissen Distanz gegen eine zur Strömungsrichtung senkrechte oder geneigte Wand.

Die übergeordnete wissenschaftliche Fragestellung der geplanten Untersuchungen in der generischen motor- und abgassystemrelevanten Strömungskonfiguration besteht darin, in Wandnähe den Impuls-, Wärme- und Stofftransport bei der Anströmung der gasförmigen Scherschicht zwischen beiden Fluiden zu erforschen. Hierzu sollen zum einen zur Bestimmung der Skalar- und Geschwindigkeitsfelder laserdiagnostische Messtechniken, wie die Planare Laserinduzierte Fluoreszenz (PLIF), die Particle Imaging Velocimetry (PIV)/Particle Tracking Velocimetry (PTV) und die (2-Punkt-)Laser-Doppler-Anemometrie (LDA), eingesetzt werden. Zum anderen werden aber auch Wandwärmeströme und -temperaturen mithilfe von Wärmestromsensoren, IR-Kameras, thermographischen Phosphoren und Thermoelementen ermittelt. Durch die simultane Verwendung der genannten laserdiagnostischen Messtechniken können in Wandnähe gemeinsame, mehrdimensionale PDFs (Probability Density Functions) der Form PDF(u(x),C(x),(x)) erfasst werden. Die PDFs enthalten die volle statistische Information der Strömung innerhalb der jeweiligen Messebene. Aus ihnen lassen sich unmittelbar alle statistischen Momente der Geschwindigkeiten, Konzentrationen und Temperaturen bestimmen. Die genannten Größen sollen in der Strömungsanordnung unter Variation einer Vielzahl von Parametern zur Änderung der Randbedingungen gewonnen werden, wie (I) turbulente Reynolds-Zahl ReT, (II) Anstellwinkel der Wand, (III) Variation der Strömung in Form von Dichte, Temperatur und Geschwindigkeit in beiden Düsenhälften sowie (IV) Rauheit und Temperatur der Wand. Hohe turbulente Reynolds-Zahlen sollen mithilfe von aktiven Turbulenzerzeugern erzielt werden (bis ReT ~ 300-500). Zur Charakterisierung der Turbulenz werden Turbulenzspektren bzw. die Längen- und Zeitmaße bestimmt. Die in diesem Teilprojekt gewonnenen experimentellen Daten dienen insbesondere den Teilprojekten B02 und B03 zur Modellentwicklung und Validierung. Das Experiment dient somit beiden numerischen Teilprojekten als generisches Experiment für chemisch nicht reagierende Strömungs-Wand-Wechselwirkungen.