Description: Das Projekt "Vorstudien zur Entwicklung eines rheologischen Moduls für UnTRIM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Wasserbau durchgeführt. Problemdarstellung und Ziel: Die Simulation des hoch komplexen Fließverhaltens von Flüssigschlick stellt weiterhin eine Herausforderung in der aktuellen Forschung und Entwicklung im Wasserbau im Küstenbereich dar. Zwar sind in den letzten Jahren einige Fortschritte in der Simulation der Flüssigschlickdynamik erzielt worden (z.B. Wehr, 2012), hinsichtlich der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen Flüssigschlick und Wassersäule besteht jedoch weiterhin Forschungsbedarf. Das langfristige Ziel ist es ein rheologisches Modul für Simulationsverfahren wie z.B. UnTRIM zu entwickeln, welches auch die Interaktion von Flüssigschlick und Wassersäule berücksichtigt. Hierfür sind jedoch zunächst Vorstudien zwingend erforderlich: Basierend auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft werden vorhandene Modellansätze mithilfe von Laborversuchen validiert. In dem Forschungsprojekt soll eine erste Untersuchung der Interaktion von Flüssigschlick (Rheologie) und der darüber liegenden Wassersäule (Turbulenz) erfolgen. Zu diesem Zweck werden Laborversuche zur Turbulenz von granularen Suspensionen durchgeführt. Die Ergebnisse sollen langfristig in einem numerischen Modell zur Nachbildung der Versuche implementiert und die Machbarkeit und Validität des numerischen Verfahrens analysiert werden. Anhand der Ergebnisse soll der weitere Forschungsbedarf und die nächsten Entwicklungsschritte zu Simulationsverfahren der Tidedynamik unter dem Einfluss von Flüssigschlick detailliert skizziert werden. Ergebnisse: Die Turbulenzsimulation in HN-Modellen erfolgt durch Turbulenzmodelle, wie beispielsweise ein k-epsilon Turbulenzmodell. Dabei werden nicht die einzelnen Wirbel aufgelöst, sondern die Effekte von Turbulenz betrachtet. Durch ein Turbulenzmodell wird demnach die Viskosität des Fluids um eine turbulente Viskosität ergänzt. Folglich wird die Zähigkeit von Wasser also künstlich erhöht. In diesem Projekt wurden Viskositäten von Flüssigkeiten durch Analysen am Rheometer im Labor nachgemessen. Die Rheometermessungen wurden sowohl mit reinem Wasser wie auch mit granularen Suspensionen für unterschiedliche Feststoffgehalte durchgeführt. Ziel der Messungen war es durch gezielte Messeinstellungen, also sehr hohen Scherraten im CSR-Modus, turbulente Fließbedingungen im Messgerät zu erzeugen. Die Turbulenz - als wirbelndes, chaotisches Fließen - führt zu zusätzlichem Energieverlust, was in den Messergebnissen als Anstieg der Viskosität bzw. Zähigkeit zu erkennen ist. In den Rheometerversuchen konnte in Abhängigkeit der Temperatur, des Spaltabstands und der Scherrate ein eindeutiger Anstieg der dynamischen Viskosität nachgewiesen werden. Dies bestätigt die Theorie der Viskositätserhöhung mit Hilfe von Turbulenzmodellen. In weiteren Messungen wurden granulare Suspensionen mit 'Nanopearls' hergestellt. Es erfolgte eine gezielte Verwendung von Nanopearls, da sie eine Dichte vergleichbar mit der von Wasser haben. (Text gekürzt)
Types:
SupportProgram
Origin: /Bund/UBA/UFORDAT
Tags: Messgerät ? Wehr ? Feststoffgehalt ? Rheologie ? Temperaturabhängigkeit ? Energieverlust ? Gewässersediment ? Suspension ? Flüssiger Stoff ? Mathematisches Modell ? Modul ? Numerisches Verfahren ? Simulation ? Viskosität ? Wasserbau ? Laborversuch ? Küstenregion ? Modellierung ? Forschung und Entwicklung ? Sedimentdynamik ? Forschungsprojekt ? Arbeit ? Datenerhebung ? Turbulenz ? Fluss [Bewegung] ? Flüssigschlick ? FuE-Bedarf ? Wechselwirkung ?
Region: Baden-Württemberg
Bounding box: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Time ranges: 2015-01-01 - 2016-12-31
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