Hochauflösende numerische und experimentelle Untersuchung der turbulenzinduzierten Sedimenterosion und des Geschiebetransports

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jochen Fröhlich; Professor Dr. Markus Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 125500987

Untersuchungen zum turbulenzinduzierten Erosionsbeginn bei beweglichen Sohlen und zum Geschiebetransport sind für viele Bereiche des Fluss- und Wasserbaus von elementarer Bedeutung, z.B. für die Bemessung von Gerinnen, für den Schutz von Brückenpfeilern sowie für die Entwicklung und das Management von naturnahen Gewässern. Die meisten derzeit eingesetzten Methoden zur Abschätzung des Erosionsbeginns und des Geschiebetransports sind weitgehend empirisch und verwenden zeitlich und räumlich gemittelte Größen. Die Genauigkeit der existierenden Ansätze ist daher niedrig, wobei die Fehler leicht 100% überschreiten können. Dieser Zustand ist unbefriedigend und zeugt von unzureichendem Verständnis der Mechanismen, die den Erosionsbeginn und den Geschiebetransport bedingen. In dem beantragten Forschungsprojekt soll nun diese Wissenslücke für die Strömung über kugelförmige sowie natürliche Sedimentpartikel mit Hilfe moderner, hochauflösender experimenteller und numerischer Methoden geschlossen werden. Hauptziele sind hierbei die Identifikation und quantitative Beschreibung des Zusammenhangs zwischen dem instationären Strömungsfeld (auch in der Region innerhalb der Rauhigkeitselemente) mit den resultierenden Kräften auf die Partikel, die Untersuchung der Partikelbahnen und des Einflusses bewegter Partikel auf die Turbulenz. Unter anderem wird der Einfluss der Reynoldszahl, des Verhältnisses von Wassertiefe zu Partikelgröße, sowie Sedimentform und Lagerung auf die Turbulenzstruktur bestimmt. Die Studie basiert auf einer systematischen Vorgehensweise bei der zum ersten Mal hochauflösende numerische Simulationen mit voll aufgelösten sich bewegenden Partikeln mit modernen drei-dimensionalen hochauflösenden experimentellen Untersuchungen gekoppelt werden. Das vorliegende Projekt vereint drei Arbeitsgruppen aus zwei Ländern, die sich durch ihre jeweiligen Kompetenzen in idealer Weise ergänzen und neueste experimentelle und numerische Techniken mit einem klar umrissenen gemeinsamen Ziel zur Anwendung bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Vladimir Nikora; Professor Dr. Markus Uhlmann