Experimental investigation and computational modelling of thermal boundary layers in turbulent natural convection

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Die vorliegende Arbeit behandelt die numerische und experimentelle Modellierung turbulenter, thermisch angetriebener Luftströmungen in verschiedenen Test-Konfigurationen. Diese Konvektionsströmungen sind ein zentrales Thema der Strömungsmechanik und haben bedeutende Anwendungen in der Meteorologie sowie in industriellen Prozessen. Besonders wichtig ist das Verständnis atmosphärischer Konvektionsströmungen, die durch die Corioliskraft beeinflusst werden und zu Wirbelstürmen führen können. In den Test-Konfigurationen wird die Konvektionsströmung zwischen zwei isotherm beheizten Wänden erzeugt. Die Arbeit validiert ein numerisches Modell der Large-Eddy-Simulation (LES) und liefert Erkenntnisse über die Strömungsdynamik, Turbulenzstrukturen und Wärmeübertragung. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Auflösung der thermalen Wandgrenzschicht. Zudem wird das Rayleigh-Bénard Problem untersucht, das zusätzlich von der Corioliskraft beeinflusst wird. Das durchgeführte Experiment in einer Großzentrifuge und die begleitende numerische Analyse zeigen, wie die Relativbeschleunigungen die Turbulenzproduktion und Wärmeübertragung im Fluid beeinflussen.