Turbulent

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Turbulenz (lat.: turbare = drehen, beunruhigen, verwirren) ist die räumlich und zeitlich ungeordnete Strömung eines Gases oder einer Flüssigkeit.

Turbulente Strömungen sind im Gegensatz zu laminaren Strömungen durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

1. große Vielfalt von Längen- und Zeitskalen,
2. ungeordnete und schwer vorhersagbare raumzeitliche Struktur,
3. empfindliche Abhängigkeit von Anfangs- und Randbedingungen.

Beispiel zu (1): Ein Wirbelsturm ist mehrere Kilometer groß, während die kleinsten in ihm enthaltenen Wirbel kleiner als einen Millimeter sind.

Beispiel zu (2): Die Windstärke am Ort einer Windkraftanlage schwankt sehr stark und ist schwer vorhersagbar.

Beispiel zu (3): Wenn die Tragfläche eines Flugzeuges vereist, beeinflussen die millimeterkleinen Eiskristalle die turbulente Luftströmung so stark, dass die Maschine abstürzen kann.

Turbulenz (in Luftmassen, Fluiden) kann mit Worten folgendermaßen definiert werden:

• Zufälligkeit (des Strömungszustandes, der Geschwindigkeiten): nicht vorhersagbar (statistisch gesehen jedoch schon: „deterministisches Chaos“)
• Diffusivität: starke Vermischung im Gegensatz zum Einfluss der molekularen Diffusion
• Dissipation: kinetische Energie wird umgewandelt in Wärme, turbulenter Fluss bleibt folglich nur erhalten, wenn von außen wieder Energie zugeführt wird
• Nichtlinearität: Fluss wird instabil, wenn die Nichtlinearitäten an Einfluss gewinnen.

Wie schwierig und wenig verstanden die Turbulenz ist, zeigt folgendes Zitat von Horace Lamb aus dem Jahr 1932:

• "Wenn ich in den Himmel kommen sollte, erhoffe ich Aufklärung über zwei Dinge: Quantenelektrodynamik und Turbulenz. Was den ersten Wunsch betrifft bin ich ziemlich zuversichtlich."^[1]

In der Umgangssprache wird turbulent oft verwendet, um unübersichtliche, sich schnell verändernde Situationen zu beschreiben. Ein Beispiel ist die Beschreibung von Märkten, insbesondere von Kapital- und Aktienmärkten. Hier meint dieser Begriff die unvorhersehbaren, besonders „stürmischen“ Kursverläufe.

Luftfahrt

In der Luftfahrt bezeichnen Turbulenzen Luftverwirbelungen, die durch Wetter, Hindernisse in der Luftströmung oder andere Luftfahrzeuge (Wirbelschleppen) hervorgerufen werden. Da konvektive Wolken, besonders Kumuli, durch eine mehr oder weniger starke Aufwärtsströmung der Luft entstehen, während außerhalb der Wolke die Luftmassen absinken, gibt es beim Flug durch diese Wolken oft Turbulenzen. Diese können Luftfahrzeuge erfassen und zu Steuerungsproblemen, schwer kontrollierbaren Flugzuständen bis hin zu Abstürzen führen. Besonders kritisch können sich Turbulenzen bei einer Luftbetankung auswirken.

Siehe auch

• Turbulenzmodell
• Dynamische Turbulenz
• Homogene Turbulenz
• Isotrope Turbulenz

Einzelnachweise

1. ↑ Horace Lamb, 1932, zitiert in Gerthsen Physik. 22. Auflage, S. 128