Institut für Hydromechanik

Kelvin-Helmholtz-Instabilität in turbulenten Gerinneströmungen

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    Durch die Kelvin-Helmholtz Instabilität werden beim Zusammentreffen von zwei parallelenr laminaren Strömungen
    verschiedener Geschwindigkeiten makroskopische Wirbeln erzeugt, sogenannte Kelvin-Helmholtz Rollers.
    Die Strömungsschicht, wo sich diese Wirbeln entwickeln, nennt man die Mischungsschicht. Das Auftreten dieser
    Wirbel ist auf eine primäre Instabilität der Strömung zurückzuführen, die man analytisch durch eine Stabilitätsanalyse leicht erklären kann.
    Auch beim Zusammentreffen von zwei turbulenten Strömungen verschiedener Geschwindigkeiten werden ähnliche
    makroskopische Wirbel beobachtet. Im turbulenten Fall ist jedoch eine Stabilitätsanalyse nicht leicht
    durchzuführen und der Erzeugungsprozess dieser Wirbel, oder eher dieser turbulenten kohärenten Strukturen,
    bleibt noch unerklärt. Selbst die Bedingungen, unter denen kohärente Strukturen auftreten oder nicht
    sind nicht bekannt. Jedoch spielen diese kohärenten Strukturen eine große Rolle in der Dynamik der Strömung
    und treten in vielen umweltlichen und industriellen Prozessen auf, wie z.B. Windbelastung von
    Wäldern, Überschwemmung, Umweltverschmutzung, Mischprozesse.

    Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, inwiefern das Auftreten kohärenter Strukturen von dem Geschwindigkeitsunterschied zwischen den zwei Strömungen abhängig ist.
    Dafür werden Experimente in einem offenen Kanal im Wasserlabor des Instituts für Hydromechanik durchgeführt.
    Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den zwei Strömen wird durch einen lateralen Wassertiefenunterschied
    (gegliedertes Gerinne) erzeugt. Geschwindigkeiten werden durch eine akustische Messprobe (Acoustic
    Doppler Velocimetry) gemessen.

    Der Kandidat sollte gute Grundkenntnisse in der Strömungsmechanik und Interesse an experimenteller Arbeit haben.

    Kontakt: Dr. Victor Dupuis