Experimentelle Untersuchung der turbulenten Strukturen in einer Plattengrenzschicht bei großen Reynoldzahlen

Einleitung Turbulenz im Allgemeinen und turbulente Grenzschichten werden seit Jahrzehnten von Physikern, Mathematikern und Ingenieuren untersucht. Turbulente Strömungen treten in völlig unterschiedlichen Anwendungsbereichen auf, u.a. bei Flugzeugumströmungen und Auslegung von Flügeln [22], Turbinen [32] und in der Meteorologie [66] mit der Bodengrenzschicht. Die Erkenntnisse spielen eine Rolle bei der Bestimmung von Widerstandsbeiwerten, der Untersuchung und Vorhersage der Ausbreitung von Umweltverschmutzungen, z. B. bei der Verteilung von Giftstoffen, oder auch nur der Bildung von Wolken. All diese Bereiche profitieren direkt oder indirekt von Fortschritten und Erkenntnissen auf dem Gebiet der Turbulenzforschung. Dabei kommt es immer mehr darauf an, die Phänomene in den numerischen Simulationen besser zu beschreiben, besonders wenn bestimmte Teile modelliert werden müssen, um Rechenzeit zu sparen. Aus diesem Grund ist es notwendig, mit experimentellen Untersuchungen diese Modellierung physikalisch zu untermauern und somit zu perfektionieren. In den vergangenen Jahrzehnten wurden viele experimentelle Resultate für niedrige Reynoldszahlen ausgewertet und anschließend durch semi-empirische Gesetze beschrieben. Beispiele sind die Mischungsweghypothese von Prandtl [88] und das universelle Wandgesetz. Dabei wurden zwar Schwankungsgrößen und das dazugehörige Mischungsverhalten betrachtet, das Ergebnis bezieht sich jedoch nur auf eine Aussage über den Verlauf der mittleren Geschwindigkeit.