dichtegetriebene

Dichtegetriebene Strömung, auch als buoyancy-driven flow bezeichnet, beschreibt Fluidebewegungen, die durch Dichteunterschiede verursacht werden. Diese Unterschiede entstehen typischerweise durch Unterschiede in Temperatur, Salz- oder Gelöstenkonzentrationen oder durch Phasenumwandlungen. Die daraus resultierenden Auftriebskräfte treiben Strömungen an, wobei schwereres Fluid nach unten und leichteres Fluid nach oben wandert.

Mechanismus und Modellierung. In vielen Systemen wird die Boussinesq-Voraussetzung verwendet, bei der Dichteänderungen klein sind und nur in der Gravitationskraft term auftreten. Die Gleichungen umfassen die Navier-Stokes-Gleichungen mit einer Dichte, die mit der Erdbeschleunigung multipliziert wird, oder in porösen Medien die Darcy-Boussinesq-Gleichung. Wichtige dimensionslose Parameter sind der Rayleigh-Zahl und der Grashof-Zahl, die das Verhältnis von Buoyanzkräften zu Dissipation bzw. zu Viskosität und Diffusion beschreiben. Dichtegetriebene Prozesse können sowohl laminar als auch turbulent auftreten und entstehen oft an Grenzschichten oder in Gemischen mit inversen Dichteprofilen.

Anwendungsbereiche. In der Ozeanografie und Meteorologie treibt Dichtekonvektion die thermohaline Zirkulation bzw. konvektives Mixing an. In der Geowissenschaft, im Umwelt- und Verfahrenstechnikbereich spielen dichtegetriebene Prozesse eine Rolle beim Grundwassertransport, bei der CO2-Sequestrierung in speicherfähigen Speichern, in geothermischen Reservoiren sowie bei Trenn- und Reaktionsprozessen in Reaktoren. Ebenso können sie in Engineeringsystemen ungewollt auftreten und Einfluss auf Effizienz und Sicherheit haben.

Beobachtung und Simulation. Experimentell werden Dichteunterschiede durch Dichte- oder Temperatursensoren, Profilmessungen oder Bildverfahren erfasst; numerische Modelle nutzen DNS oder LES mit der Boussinesq-Vereinfachung bzw. Darcy-Boussinesq in porösen Medien. Siehe auch: Buoyanzkräfte, Buoyancy-driven convection, Thermohaline circulation.