Organisation chaotischer Dynamik in der Taylor-Couette Strömung

Abshagen, Jan

Obwohl die hydrodynamischen Grundgleichungen schon seit langem bekannt sind, sind die grundlegenden Mechanismen, die zum Auftreten der phänomenologisch beobachteten Strömungszustände führen, nur teilweise verstanden. Insbesondere das Auftreten von Instabilitäten und raum-zeitlichen Strukturen, sowie der Übergang ins Chaos und in die Turbulenz sind Gegenstand intensiver Forschung. In dieser Arbeit wurden experimentelle Untersuchungen an einer Taylor-Couette Strömung - der Strömung einer viskosen Flüssigkeit zwischen zwei konzentrischen, rotierenden Zylindern - durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, daß beim Übergang von der laminaren Couette- zur Taylor-Wirbelströmung aufgrund der Ränder kein "critical-slowing-down" auftritt, so daß sich das Verhalten des endlichen von dem eines unendlichen Systems prinzipiell unterscheidet, was in Übereinstimmung mit früheren Stabilitätsuntersuchungen ist. Ferner konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmals ein Szenario ins Chaos ausgehend von der wellenförmigen Taylor-Wirbelströmung eindeutig identifiziert und in Verbindung mit theoretisch bekannten niederdimensionalen Mechanismen gebracht werden. Dabei zeigte sich, daß Chaos in dem untersuchten Bereich durch eine Wechselwirkung von Symmetriebrechung und einer oszillatorischen Mode durch das Auftreten von homoklinen Orbits chaotisch im Sinne Shil'nikovs wird. Außerdem wurden in dieser Arbeit Zustände mit lokalisierten Anregungen untersucht.

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Abshagen, Jan: Organisation chaotischer Dynamik in der Taylor-Couette Strömung. 2000.

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