title: Turbulence Transition in Shear Flows and Dynamical Systems Theory
title: Turbulenzübergang in Scherströmungen und Theorie dynamischer Systeme
Creators: name: Kreilos, Tobias
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Laminare Strö
Scherströmung
Strömungsmechanik
Physik
Viskose Strömung
Direct Numerical Simulations
Fluid
Turbulenz
Turbulente Strömung
Subcritical Transition
Turbulence Transition
Couette-Strömung
Strömung
Dynamical Systems Theory
Shear Flows

description: Turbulence is allegedly “the most
      important unsolved problem of classical physics” (attributed
      to Richard Feynman). While the equations of motion are known
      since almost 150 years and despite the work of many
      physicists, in particular the transition to turbulence in
      linearly stable shear flows evades a satisfying description.
      In recent decades, the availability of more powerful
      computers and developments in chaos theory have provided the
      basis for considerable progress in our understanding of this
      issue. The successful work of many scientists proved
      dynamical systems theory to be a useful and important tool to
      analyze transitional turbulence in fluid mechanics, allowing
      to explain observed phenomena such as transition thresholds
      and transient lifetimes through bifurcation analyses and the
      identification of underlying state space structures. In this
      thesis we continue on that path with direct numerical
      simulations in plane Couette flow, the asymptotic suction
      boundary layer and Blasius boundary layers. We explore the
      state space structures and bifurcations in plane Couette
      flow, study the threshold dynamics in the ASBL and develop a
      model for the spatio-temporal dynamics in the boundary
      layers. The results show how the insights obtained for
      parallel, bounded shear flows can be transferred to spatially
      developing external flows.
description: Turbulenz gilt als „das wichtigste
      ungelöste Problem der klassischen Physik“ (Richard Feynman
      zugeschrieben). Obwohl die Bewegungsgleichung seit fast 150
      Jahren bekannt sind und trotz der Arbeit zahlreicher Physiker
      ist insbesondere die Beschreibung des Turbulenzübergangs in
      linear stabilen Scherströmungen noch nicht zufriedenstellend
      möglich. In den letzten Jahrzehnten haben die Verfügbarkeit
      leistungsfähigerer Computer sowie Entwicklungen in der
      Chaosforschung die Grundlagen für erheblichen Fortschritt bei
      diesem Thema gelegt. Die erfolgreiche Arbeit zahlreicher
      Wissenschaftler hat gezeigt, dass die Theorie dynamischer
      Systeme ein hilfreiches und wichtiges Werkzeug in der Analyse
      transitionaler Turbulenz in der Fluidmechanik ist.
      Beobachtete Phänomene wie Transitionsschwellen und die
      Statistik transienter Lebenszeiten konnten durch
      Bifurkationsanalysen und die Identifizierung der zugrunde
      liegenden Phasenraumstrukturen erklärt werden. In dieser
      Dissertation setzen wir diesen Weg mittels numerischer
      Simulationen der ebenen Couette Strömung, der asymptotischen
      Abssauggrenzschicht sowie der Blasius Grenzschicht fort. Wir
      erforschen die Phasenraumstrukturen und Bifurkationen in der
      ebenen Couette Strömung, untersuchen die Dynamik in der
      laminar-turbulenten Grenze in der Abssauggrenzschicht und
      entwickeln ein Modell zur Beschreibung der raum-zeitlichen
      Dynamik in Grenzschichten. Die Ergebnisse zeigen wie die in
      parallelen, räumlich begrenzten Scherströmungen gewonnen
      Erkenntnisse auf räumlich entwickelnde Strömungen übertragen
      werden können.