Kaffeesahne oder Verbrennungsprozess: Turbulenzen auf der Spur

27.09.2006 - (idw) Technische Universität Ilmenau

Das Mischen von Substanzen in verwirbelten turbulenten Strömungen ist ein Vorgang, der uns im Alltag ständig begegnet, ob bei Rauchwolken aus einem Schornstein oder dem Tropfen Sahne im morgendlichen heißen Kaffee. Sehr schön ist dort zu beobachten, wie für kurze Zeiten sehr feine "Sahnewirbel" entstehen.
Einem deutsch-israelischen Wissenschaftlerteam des Fachgebietes Theoretische Strömungsmechanik der TU Ilmenau (Prof. Jörg Schumacher) und des Weizmann Institute of Science in Rehovot gelang jetzt eine detaillierte Analyse dieser verwirbelten Filamente (Fäden/Fasern), die beim turbulenten Mischen entstehen. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt wurden die Daten von Supercomputersimulationen, die das Mischen in einer bisher nicht gekannten Detailliertheit auflösen, mit Methoden analysiert, die in der medizinischen Forschung oder der Robotik bei der Mustererkennung Anwendung finden.
Spezielle Algorithmen waren dazu notwendig, da ein einzelner Schnappschuss aus den Computersimulationen immerhin 1 Milliarde Pixel beinhaltet! Die Analyse führte zu neuen Erkenntnissen über die Entstehungsprozesse derartig feiner Filamente. Wie müsste sich also der heiße Kaffee in der Tasse bewegen, damit wir die feinen Kaffeesahnestreifen sehen?
Die Ergebnisse dieser interdisziplinären Grundlagenforschung liefern neue Modellierungsansätze für viele wichtige Fragestellungen, angefangen von turbulenten Verbrennungsprozessen in Motoren und Triebwerken bis hin zum verstärkten Süßwassereintrag in die Ozeane durch das Abschmelzen der Gletschermassive und Eisberge.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Ausgabe der Physical Review Letters vom 22. September 2006 publiziert und als Coverstory ausgewählt.

Weitere Informationen:

Technische Universität Ilmenau
Professor Jörg Schumacher, Fakultät für Maschinenbau,
Fachgebiet Theoretische Strömungsmechanik,
Tel. 03677-69-2428, 03677-69-1281
E-Mail: joerg.schumacher@tu-ilmenau.de
Weitere Informationen: http://www.tu-ilmenau.de/fakmb/Forschung.3484.0.html#c9505