The significance of coherent flow structures for the turbulent mixing in wall-bounded flows

Abstract

Zur Identifizierung und Charakterisierung von kohärenten Strukturen in turbulenten Grenzschichten, sowie zur Aufklärung der turbulenten Wechselwirkungsmechanismen zwischen diesen Strukturen, wurden Messungen in einer turbulenten Grenzschicht mit der Mehrebenen Particle Image Velocimetry durchgeführt. Die Mehrebenen Particle Image Velocimetry wurde speziell für diese Untersuchungen entwickelt um erstmals strömungsmechanische Größen bestimmen zu können, die bislang einer Messung nicht zugänglich waren. Ferner wurden zur Verbesserung der Messgenauigkeit spezielle Kalibriermethoden entwickelt und die Erzeugung von Tracerpartikeln untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich im wandnahen Bereich der Grenzschicht diverse kohärente Strömungsstrukturen identifizieren lassen, die sich in ihren geometrischen Abmessungen und ihrer Bedeutung für die turbulente Vermischung stark unterscheiden. Es konnte gezeigt werden, dass streifenartige Strömungsstrukturen in Wandnähe den Impulsaustausch wesentlich bestimmen, insbesondere wenn es zur Wechselwirkung mit großskaligen Strukturen aus wandferneren Schichten der Grenzschicht kommt. Diese Wechselwirkung ist auch maßgeblich für die Entstehung von Längswirbeln verantwortlich. Hufeisenwirbel hingegen tragen insgesamt nur wenig zum Impulsaustausch bei, weil diese Strukturen nur relativ selten auftreten.