Implementierung einer geometrischen Rauheit für Wandrandbedingungen in der 3D-HN-Modelllierung

Publikation: Hochschulschrift/AbschlussarbeitDiplomarbeit

Abstract

Schüttsteindeckwerke sind in der 3D-HN-Modellierung üblicherweise durch eine ebene Sohle vereinfacht, die über Rauheitsbeiwerte einen bremsenden Einfluss auf die Strömung ausübt. Das Konzept der Rauheit in 3D-Simulationen unterscheidet sich im Vergleich zu den bekannten analytischen Fließformeln. An Stelle des Rauheitsbeiwertes bzw. der Kornrauheit, erzeugen Turbulenzmodelle auf Basis der Grenzschichttheorie charakteristische Geschwin-digkeitsverläufe an Wandflächen des Rechengitters. Die Auswirkungen hängen vom Turbu-lenzmodell, dem Rechennetz und den Randbedingungen ab. In dieser Arbeit wird ein direk-ter Vergleich zwischen einer ebenen Sohle und einem typischen Schüttsteindeckwerk einer Binnenwasserstraße in Deutschland modelliert, um den Einfluss der rauheitsbildenden Pa-rameter auf die Modellgebiete zu vergleichen. Die Vernetzung der ebenen Sohle erfüllte alle ermittelten Qualitätsanforderungen. Das Schüttsteinmodell, mit seiner komplexen Oberflä-che hingegen, wurde so fein wie möglich erstellt, wodurch das ebene Modell auf eine Abwei-chung der idealen Vernetzung mit untersucht wird. Die Auswertung aller Simulationsfälle ergibt, dass mit der Implementierung der Schüttsteine ein deutlicher Unterschied zu erken-nen ist, den es in Feld-/Laboruntersuchungen zu vergleichen gilt. Der Einfluss des Rechengit-ters ist direkt an der Wandfläche zu erkennen, in der restlichen Strömung nicht. Ob die Im-plementierung einer geometrischen Rauheit oder die ideale Vernetzung einer ebenen Sohle die Problematik der niedrigeren Wasserstände der numerischen Modellierung im Vergleich zu Labormessungen aufhebt, sollte zukünftig an einem konkreten Beispiel auf Basis dieser Arbeit erfolgen.

Details

OriginalspracheDeutsch
QualifizierungsstufeDipl.-Ing.
Betreuer:in / Berater:in
Datum der Verteidigung (Datum der Urkunde)7 Feb. 2019
PublikationsstatusVeröffentlicht - Feb. 2019
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Externe IDs

ORCID /0000-0003-3181-7876/work/166762298