Arbeitsprogramm

Thematische Fokussierung

Ausgehend von den Aufgabenstellungen konzentriert sich MetStröm auf drei Anwendungsbereiche, die die Herausforderungen der skalenübergreifenden Modellierung exemplarisch erfassen.

Skalenseparierte Phänomene

In vielen meteorologischen und strömungsmechanischen Prozessen wechselwirken Schwere-, Inertial- und Kompressionswellen mit Wirbeln sowie Tropfen- und Partikelwolken auf unterschiedlichen Skalen. Hieran lassen sich Modellierungs- und numerische Ansätze erproben, die auf die Darstellung skalenseparierter Phänomene zugeschnitten sind.

Typische Beispiele aus Strömungsmechanik und Meteorologie:

  • Anregung von Schwere- und Kompressionswellen durch kleinskalige Wirbel oder Reaktions- bzw. Kondensationsvorgänge
  • Wechselwirkung meso-skaliger Schwerewellen mit Tiefdruckgebieten und (tropischen) Wirbelstürmen
Große Skalen der Turbulenz

In Grenzschichten über komplexen Berandungen interagiert die Strömungsdynamik auf der Längenskala der größeren geometrischen Elemente der Berandung mit der von diesen erzeugten Turbulenz. Solche Prozesse verlangen nach Ansätzen, die den unscharfen Übergang von quasi-deterministischer Strömungsmechanik oberhalb der integralen Turbulenzlänge zu den chaotischen Fluktuationen unterhalb derselben erfassen können.

Typische Beispiele aus Strömungsmechanik und Meteorologie:

  • Der Übergang von Reynolds-gemittelten Turbulenzmodellen zu Very Large Eddy-Modellen und zur Grobstruktursimulation
  • Akkumulation von Windfluktuationen über Stadtgebieten zu effektiven vertikalen Energie- und Impulsflüssen
Kleine Skalen der Turbulenz

Auch auf kleinen Skalen findet man skalenübergreifenden Massen-, Impuls- und Energieaustausch. Die Berücksichtigung kleiner Partikel oder Tropfen in einer auftriebsbehafteten Strömung erfordert Schließungsmodelle, die die Partikeldynamik mit den kleinsten Skalen der Turbulenz zweiseitig koppeln.

Typische Beispiele aus Strömungsmechanik und Meteorologie:

  • Spraydynamik und -verbrennung
  • Turbulenzstrukturierte Bewegungsformen von Hydrometeoren in Wolken