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62 Forschung auf höchstem Niveau | Turbulente Superstrukturen DFG-SCHWERPUNKTPROGRAMME Turbulente Superstrukturen Ende 2016 startete das Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft Turbulente Superstruk-turen, das von der TU Ilmenau geleitet wird. Drei Jahre lang gewinnen 50 Wissenschaftler aus Deutschland, der Schweiz und den Niederlanden Einblicke in Strukturbildungs- und Transportprozesse in horizontal weit ausge-dehnten turbulenten Scher- und Konvektionsströmungen. Die Ergebnisse kommen unter anderem der Vorhersage Die groß angelegten wissenschaftlichen Untersuchungen turbulen-ter Superstrukturen unter der Leitung von Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik werden durch neueste laserbasierte tomographische Strömungsmesstechnik und durch ein rasantes Wachstum der Kapazität von Hochleistungsrechnern ermöglicht, auf denen die komplexen Strömungen in numerischen Simulationen untersucht werden. Möglich werden die Forschungs-arbeiten der Ilmenauer Wissenschaftler auch durch eine neue Ge-neration hoch auflösender optischer Messverfahren, die in der Lage sind, die räumliche und zeitliche Dynamik der turbulenten Strukturen in Laborexperimenten aufzunehmen und zu verarbei-ten. Darüber hinaus haben Mathematiker und Informatiker neue effiziente Algorithmen entwickelt, mit deren Hilfe Muster im Strö-mungswirrwarr aufgespürt und diese Informationen rasch kompri-miert werden können. Die Beantwortung zentraler Fragen über den Ursprung von Su-perstrukturen und ihre Bedeutung für den turbulenten Transport könnte in Zukunft helfen, genauere Vorhersagen des Wetters und des Klimawandels zu machen. Ebenso werden tiefgehende Erkennt-nisse über die variierende Aktivität der Sonne gewonnen, die ei-nen entscheidenden Einfluss auf die obere Erdatmosphäre in den Polarregionen hat. Die Erforschung von Dynamik und Lebensdauer turbulenter Superstrukturen hilft auch, konkrete praktische An-wendungen zu verbessern. Lassen sich beispielsweise Muster von Windböen frühzeitig identifizieren, könnte der Anstellwinkel der Rotorblätter von Windturbinen unmittelbar angepasst und so die Materialbelastung und die Wartungskosten von Windparks verrin-gert werden. von Wetter und Klimawandel zugute. In dem interdisziplinären Grundlagenforschungsprogramm Tur-bulente Superstrukturen erforschen Strömungsforscher, Physiker, Mathematiker und Informatiker in 24 Einzelprojekten die physika-lischen Ursachen der Entstehung turbulenter Superstrukturen und die Rolle dieser großskaligen Muster für den Transport von Wärme und Impuls. Wie schnell entstehen starke Windböen und wie hängt ihre Stärke und Lebensdauer von der Topografie und der Beschaf-fenheit der Erdoberfläche ab? Wie entstand der rote Fleck auf dem Jupiter und wie schafft es der mehr als zwei Erddurchmesser große, gigantische Wirbel, seit mehr als 400 Jahren zu existieren? In weit ausgedehnten turbulenten Strömungen, wie sie zum Beispiel in der Atmosphäre, den oberen Ozeanschichten oder auf der Sonnenober-fläche zu finden sind, organisiert sich Turbulenz in teils sehr regel-mäßigen und langlebigen Mustern oder in großen isolierten Wirbeln und bringt faktisch selbst Ordnung in das Strömungschaos – und widerspricht damit der gängigen Vorstellung, dass Fluidbewegung von Turbulenz ungeordnet und chaotisch ist. Solche Muster werden turbulente Superstrukturen genannt. „Die Arbeiten unserer Forscher werden Wetter- und Klimavorhersagen präziser machen.“


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