TP-B1
Beschreibung
Im TP-B1 werden Untersuchungen zum Verhalten von Tropfen in unterkühlten Wolken durchgeführt. Dies bedeutet, dass Umgebungstemperaturen in den Wolken unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser vorherrschen. Die Tropfen in diesen Wolken können trotz der vorherrschenden tiefen Temperaturen noch flüssig und somit unterkühlt sein. Weiterhin findet man bereits gefrorene Tropfen und Eiskristalle. Von großem Interesse ist das Wechselspiel zwischen den noch flüssigen Tropfen und bereits gefrorenen Tropfen sowie Eiskristallen. Verdampfungs-, Sublimations- und Gefrierprozesse spielen eine entscheidende Rolle für die Entwicklung der Wolke und damit für das Wettergeschehen. Diese Prozesse werden in Gewitterwolken zudem von starken elektrischen Feldern beeinflusst.
Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen dieses Teilprojektes grundlegende Experimente und Direkte Numerische Simulationen (DNS) durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen finden an einzelnen Tropfen innerhalb einer Beobachtungskammer statt. Die Tropfen sind dabei optisch levitiert oder fallen frei längs eines vertikalen Laserstrahls nach unten. Mit Hilfe des gestreuten Laserlichts werden Untersuchungen zum Verdampfungs- und Sublimationsverhalten der unterkühlten Tropfen durchgeführt. Untersuchungen zum homogenen und heterogenen Gefrieren der Tropfen vervollständigen die Betrachtung der tropfendynamischen Prozesse. Die Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel Temperatur, Feuchte und elektrisches Feld werden variiert.
Für die vorgesehenen numerischen Simulationen wird das hauseigene Programmpaket FS3D eingesetzt. Mit diesem Programmpaket werden Direkte Numerische Simulationen der Prozesse an einzelnen Tropfen oder sehr kleinen Tropfengruppen durchgeführt. Hierzu sind Erweiterungen des Programmpakets erforderlich. In diesem Projekt werden alle Weiterentwicklungen des Programmpakets FS3D koordiniert, betreut und zum überwiegenden Teil auch implementiert. Neben den Erweiterungen zur Simulation der unterkühlten Tropfen für TP-B1 und TP-C3 sind dies auch der Übergang zum kompressiblen Strömungsregime in Zusammenarbeit mit TP-A2 und TP-A3, die Berücksichtigung von elektromagnetischen Feldern in Zusammenarbeit mit TP-A5 und Arbeiten zur Dreiphasen-Kontaklinie mit TP-C1. Damit wird FS3D zu einem der zentralen Rechenprogrammen im SFB-TRR 75.
Die hier im TP-B1 durchgeführten Experimente und direkten numerischen Simulationen fördern einerseits das physikalische Verständnis der tropfendynamischen Prozesse, andererseits ermöglichen sie die Entwicklung von Modellen, die in andere Programmpakete, wie zum Beispiel in das im SFB-TRR 75 ebenso verwendete Programmpaket OpenFOAM, implementiert werden können. Mit OpenFOAM ist es dann möglich, ganze Systeme zu beschreiben, wie sie in den Leitbeispielen vorkommen.
Publikationen
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Loureiro, D., Kronenburg, A., Dietzel, D., Reutzsch, J., Weigand, B., and Vogiatzaki, K.:
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Rauschenberger, B. Weigand.
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ILASS - Europe 2011, 24th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Estoril, Portugal, 2011
Schlottke, J.; Rauschenberger, P.; Weigand, B.; Ma, C.; Bothe, D.
Volume of Fluid Direct Numerical Simulation of Heat and Mass Transfer using Sharp Temperature and Concentration Fields.
ILASS - Europe 2011, 24th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Estoril, Portugal, 2011
Rauschenberger, P.; Schlottke J.; Eisenschmidt, K.; Weigand, B.
Direct Numerical Simulation of Multiphase Flow with Rigid Body Motion in Eulerian Framework.
ILASS - Europe 2011, 24th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Estoril, Portugal, 2011
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Rauschenberger, P.; Gomaa, H.; Weigand, B.
A computation technique for rigid particle flows using the multiphase DNS code FS3D.
12th Workshop on Two-Phase Flow Predictions, Halle (Saale), Germany, 2010