Freistaat Thüringen Freistaat Thüringen - Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur

Inhalt

Preis für Grundlagenforschung

Thüringer Forschungspreis 2008 in der Kategorie "Grundlagenforschung"

Prof. Dr. rer. nat. habil. Jörg Schumacher

" Numerische Simulation turbulenter Konvektionsströmungen "

Prof. Dr. rer. nat. habil. Jörg Schumacher
Fachgebiet Theoretische Strömungsmechanik der Fakultät für Maschinenbau
Technische Universität Ilmenau
  

Die Turbulenz in Strömungen kann als eines der letzten fundamentalen ungelösten Probleme der klassischen Physik betrachtet werden, trotz des Umstandes dass die mathematischen Modellgleichungen schon seit fast 200 Jahren bekannt sind. In den letzten Jahrzehnten ermöglichte die rasante Entwicklung der Rechentechnik eine immer genauere Simulation der komplizierten Strömungsbewegung.
Das Spezialgebiet des Preisträgers, Prof. Jörg Schumacher, sind direkte numerische Simulationen turbulenter Konvektionsströmungen. Mit Hilfe der weltweit leistungsfähigsten Supercomputer gelingt es ihm, die vollständige Struktur der Strömung bis in kleinste Details aufzulösen und die Dynamik der Wirbel akkurat zu beschreiben. Er hat damit erstmals beschrieben, wie in einer solchen Strömung kleine Teilchen mitgetragen und vermischt werden, und welche Wirbel besonders stark zum Wärmetransport beitragen. Die Arbeit zählt zu den beiden größten Supercomputersimulationen isotroper Turbulenz in Europa, die im Rahmen des europäischen DEISA-Verbundes für Höchstleitungsrechnen am Jülich Supercomputing Centre durchgeführt wurden.
Die Untersuchungen von Prof. Schumacher eröffnen einen neuen Blickwinkel auf turbulente Strömungen und stellen ein wichtiges Bindeglied zwischen Laborexperimenten und Anwendungen in der Klimatechnik oder Atmosphärenphysik dar. Seine Erkenntnisse schlagen einerseits eine Brücke zu den wenigen exakten Vorhersagen der Turbulenztheorie und eröffnen andererseits neue Ansätze zur oftmals benötigten Modellierung der Feinstruktur der Turbulenz. Solche Modelle sind beispielsweise notwendig um die schnelle Wolkenentstehung und -auflösung in globalen atmosphärischen Zirkulationsmodellen zu verbessern oder die turbulente Konvektion im Zusammenhang mit der energiesparenden Belüftung von Gebäuden und Innenräumen zu beschreiben.


Laudatio:
Prof. Dr. rer. nat. Bruno Eckhardt
Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Physik, Leiter der AG Komplexe Systeme
 

Icon Download Laudatio zum Thüringer Forschungspreis in der Kategorie "Grundlagenforschung"
14731 Bytes

Das Fachgebiet
Das Fachgebiet Theoretische Strömungsmechanik an der Fakultät für Maschinenbau der TU Ilmenau ist recht jung und besteht seit drei Jahren. Im Fachgebiet arbeiten neben Prof. Schumacher ein Postdoktorand und ein Doktorand zu Fragen der turbulenten Konvektion.



Bilder zum Forschungsgegenstand

Abb. a) Isoflächen der Wirbelstärke in einer turbulenten Strömung sowie eines der mitbewegten Gitter, in denen das Wachstum der Wirbel aufgezeichnet wurde.
Abb. b) Momentaufnahme des Temperaturfeldes im Ausschnitt einer turbulenten Konvektionsschicht, die von unten beheizt wird.
Abb. c) Turbulente Feinstruktur im Ausschnitt einer turbulenten Konvektionsschicht, die von unten beheizt wird.