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Studies of turbulence in complex plasmas under microgravity conditions

Räth, Christoph und Zhdanov, Sergey K. und Schwabe, Mierk (2015) Studies of turbulence in complex plasmas under microgravity conditions. Dynamics Days 2015, Exeter, Großbritannien. (nicht veröffentlicht)

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Kurzfassung

Complex plasmas consist of micrometer-sized particles embedded in a low-temperature plasma and are ideal model systems for nanofluids, phase transitions and transport processes. The microparticles can be visualized individually in real time, thus providing a kinetic level of observations of vortices, self-propelling, particle pairing, tunneling and channeling. For instance, vortices in complex plasmas are an ideal test bed for studying the onset of turbulence and collective effects on the microcanonical level. Specifically, driven turbulence in complex plas- mas is of low Reynolds numbers. The opportunity to study turbulence in fluids with low Reynolds numbers at the kinetic level is especially interesting in many other physical, biophysical, and industrial applications as diverse as water flow through porous media, viscoelastic liquid polymer flows, chaotic mixers, self-propelled stochastic microdevices, and bacterial quasiturbulence. Simulations of vortices in a typical laboratory setup allowed us to investigate the onset of turbulence and collective effects in complex plasmas. Velocity structure functions and the energy and enstrophy spectra show that vortex flow turbulence is present that is in essence of the "classical" Kolmogorov type. We report also on a complex plasma under microgravity conditions that is auto-oscillating due to a heartbeat instability and contains quasi-solitary wave ridges: oscillons. We demonstrate that this system can serve as a nearly ideal model system to mimic weak Kolmogorov-Zakharov type wave turbulence. The slopes of the structure functions agree rea- sonably well with power laws assuming extended self-similarity. The energy spectrum displays multiple cascades, which we attribute to the influence of friction, the heartbeat instability and a modulational instability.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/98936/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Studies of turbulence in complex plasmas under microgravity conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Räth, ChristophDLR Research Group Complex Plasma, OberpfaffenhofenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhdanov, Sergey K.Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Giessenbachstrasse, 85748 Garching, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwabe, MierkMax-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Giessenbachstrasse, 85748 Garching, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2015
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:nicht veröffentlicht
Stichwörter:complex plasmas, turbulence, structure function
Veranstaltungstitel:Dynamics Days 2015
Veranstaltungsort:Exeter, Großbritannien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Komplexe Plasmen / Datenanalyse (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Forschungsgruppe Komplexe Plasmen
Hinterlegt von: Räth, Christoph
Hinterlegt am:03 Nov 2015 14:33
Letzte Änderung:10 Mai 2016 23:33

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