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Turbulẹnz

 

[lateinisch turbulentia »Unruhe«, »Verwirrung«] die, -/-en,  

 1) allgemein: Unruhe, lebhaftes, wildes Durcheinander.

 

 2) Meereskunde: ungeordnete Störungen einer größerskaligen, geordneten Bewegung im Meer. Dreidimensionale Turbulenzen sind besonders intensiv in einer oberflächennahen, bis zu etwa 100 m starken Deckschicht, die durch Winde, Wärmeabgabe an die Atmosphäre oder Eisbildung durchmischt wird, sowie in einer etwa 10 m starken Bodenschicht aufgrund der Bodenreibung. Im Inneren zwischen diesen Schichten ist die Turbulenz meist gering und nur gelegentlich von Bedeutung, z. B. in Gebieten starker Stromscherung oder bei Brechung interner Wellen. Ein Anwachsen der Mächtigkeit turbulenter Schichten unter Abbau der Dichteschichtung in der benachbarten Schicht nennt man Entrainment. Großskalige, nahezu zweidimensionale Turbulenz findet sich in Form von Wirbeln mit Durchmessern bis zu mehreren 100 km im gesamten Weltmeer; in Gebieten mit starker Stromscherung (äquatoriales Stromsystem, westliche Randströme) ist sie besonders energiereich. Die Turbulenz spielt v. a. beim Transport von Impuls, Wärme, Salz (auch Fremdstoffen) im Meer eine bedeutende Rolle.

 

 3) Meteorologie: ungeordnete Strömung innerhalb der Atmosphäre, die entweder hauptsächlich in der Reibung strömender Luft an der Erdoberfläche und in Windscherung begründet liegt (dynamische Turbulenz) oder v. a. auf der ungleichmäßigen Erwärmung der Erdoberfläche beruht (thermische Turbulenz). Die v. a. von der Windgeschwindigkeit, der Form der Erdoberfläche und der Stabilität der Luftmasse abhängige dynamische Turbulenz erstreckt sich über ebenem Land bis in rd. 1 500 m Höhe. Über Gebirgen wirkt sie sich besonders stark aus; es treten hier v. a. an der Leeseite des Kamms Wirbel (Rotoren) und Leewellen auf, die eine Gefahr für Flugzeuge darstellen können. - Die von den Untergrundverhältnissen sowie von der Feuchtigkeit und Stabilität der Luftmasse abhängige thermische Turbulenz (sie entspricht der Konvektion) kann sich durch die gesamte Troposphäre auswirken. Wenn die Luft hinreichend trocken und stabil geschichtet und der Untergrund feuchtigkeitsarm (Steppen, Wüsten) ist, reicht sie bis in 2 000-2 500 m Höhe. In feuchten und labil geschichteten Luftmassen ist sie dagegen gewöhnlich mit der Bildung von hoch reichenden Quellwolken verbunden, in denen kräftige Auf- und Abwinde herrschen. Eine große Gefahr für die Luftfahrt stellt die im wolkenfreien Raum der Troposphäre am Rand der Jetstreams auftretende Klarluftturbulenz dar.

 

 4) Physik: Bewegungszustand von flüssigen oder gasförmigen Medien (Fluiden), bei dem, im Gegensatz zur laminaren Strömung, der mittleren Hauptbewegung unregelmäßige Geschwindigkeits- und Druckschwankungen in Form von regellosen Wirbeln überlagert sind. Dadurch wird der Reibungswiderstand an Flächen (z. B. Wänden, Leitungen, Kanälen, Tragflügelprofilen) wesentlich vergrößert. Infolge heftiger Durchmischung des betroffenen Mediums durch Turbulenz werden Beimengungen (z. B. Rauch in Luft) rasch verteilt, und die Wärmeübertragung wird intensiviert. Bei hohen Geschwindigkeiten führen Turbulenzen zu starkem Lärm (Flugzeuge).

 

Turbulente Strömungen sind offene Systeme, bei denen der Strömung kinetische Energie zugeführt und durch Turbulenzen in Wärme, d. h. thermische Energie, umgewandelt wird. Turbulenz tritt nur dann auf, wenn die Zähigkeit (Viskosität) des strömenden Mediums eine bestimmte Größe unterschreitet und damit die jeweilige Reynolds-Zahl Re einen kritischen Wert Re_krit überschreitet, dessen Größe von den konkreten Umständen abhängt. Andererseits könnte ein Medium ganz ohne Zähigkeit weder Energie in Form turbulenter Bewegung aufnehmen noch diese nach außen abgeben.

 

Die Turbulenz gehört zu den interessantesten Phänomenen der klassischen Physik. Sie ist ein komplexes, nichtlineares, chaotisches Geschehen, dessen Untersuchung eine der Wurzeln der heutigen Chaosforschung ist.