Numerische Modellierung von wasserstrahlinduzierter Erosion in gesättigtem Sand

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452794591

Ziel dieses Forschungsantrags ist es, die physikalischen Prozesse bei der Erosion von Böden mit einem Flüssigkeitsstrahl besser zu verstehen, insbesondere die Erosion von gesättigtem Sand mit einem Wasserstrahl. Dies umfasst die Ausbreitung des Wasserstrahls, den Bodenerosionsprozess, die vorübergehende Ausbreitung der Erosionsfront bis zum maximalen Erosionsbereich, den Transport suspendierter Bodenpartikel und schließlich die Sedimentation der Partikel. Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein neuartiges Konzept namens "geometrisch kombinierte aufgelöste-nicht-aufgelöste CFD-DEM-Methode“ zur numerischen Untersuchung des Strahlinjektionsprozesses entwickelt. Die Idee hinter dieser neuen Technik ist, dass die „Erosionsfront“ des Strahls, für die eine detaillierte Auflösung erforderlich ist, mit aufgelöster CFD-DEM simuliert wird, und die Regionen außerhalb der „Erosionsfront“ mit nicht-aufgelöster CFD-DEM modelliert werden. Dieser Ansatz gewährleistet eine effiziente Modellierung eines hochdynamischen Prozesses wie dem Düsenstrahlverfahren mit überschaubaren Rechenkosten und ohne Kompromisse bei den Details und der Genauigkeit, wo dies erforderlich ist. Da sich das Korngerüst dynamisch bewegt wird deutlich, dass der Übergang eines Bodenpartikels von der nicht-aufgelösten in die aufgelöste Region (und umgekehrt) komplexe Modellierungsalgorithmen erfordert. Wenn berücksichtigt, dass sich die „Erosionsfront“ mit der Zeit bewegt, wird die Notwendigkeit einer dynamischen Anpassung der aufgelösten Zone deutlich. Die Entwicklung des numerischen Modells wird von experimentellen Untersuchungen zur Validierung der Computersimulationen begleitet.Zur Erreichung der gesteckten Ziele ist eine Kooperation der TUHH mit DCS Computing aus Linz/Österreich vorgesehen. DCS entwickelt den Code CFDEM(R) coupling, der im Rahmen des Forschungsvorhabens eingesetzt wird. Die Kooperation findet im Rahmen des D-A-CH-Abkommens der DFG (Deutschland) mit dem FWF (Österreich) statt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr. Christoph Kloss