Large Eddy Simulation geschichteter Strömungen über Hügel

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Manuel Garcia-Villalba
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 46793683

Schichtenströmungen über Hügel kommen häufig sowohl in der Atmosphäre als auch in Ozeanen vor. Es gibt umfangreiche Forschungsarbeiten zu diesen Strömungen, mit Anwendungen auf dem Gebiet der numerischen Wettervorhersage, von Mischungsvorgängen in Ozeanen, der Umweltaerodynamik inklusive der Vorhersage der Ausbreitung von Schadstoffen in komplexem Terrain. Die Wechselwir-kung einer Schichtenströmung mit einem alleinstehenden Hügel kann vielfältige Störungen in die Strömung einführen, unter anderem auch interne Wellen und turbulente Wirbel im Nachlauf (die aller-dings auch ohne Schichtung auftreten). Unsere Kenntnisse auf dem Gebiet von Schichtenströmungen über Topographie stammen hauptsächlich von Laborexperimenten, welche allerdings mehr qualitativer Natur sind. Numerische Simulationen und insbesondere Large Eddy Simulationen (LES) können hingegen detaillierte quantitative Informationen liefern und sind daher besonders geeignet für eine Untersuchung von Schichtenströmungen über komplexes Terrain bei relativ hohen Reynoldszahlen. Das Hauptziel des beantragten Forschungsprojekts ist es, unsere Kenntnisse über den Einfluss von Dichteschichtung auf die Strömung über und um Hügel zu verbessern und dabei insbesondere auf folgende Fragestellungen einzugehen: wie wird die abgelöste Nachlaufströmung durch Auftriebskräfte beeinflusst, für welche Werte der Froude Zahl werden interne Schwerewellen erzeugt, wie beeinflusst Schichtung die Erzeugung, die Entwicklung und die Wechselwirkung von großskaligen Wirbelstruktu-ren, welchen Einfluss hat die Schichtung auf den Widerstand des Hügels, die Schadstoffausbreitung und -Verdünnung? Zur Untersuchung dieser Fragen soll eine Zahl von Large Eddy Simulationen durchgeführt werden bei Variation der Anströmbedingungen und der Schichtung (Froude Zahl). Ein weiteres Ziel des Projekts ist es zu zeigen, dass die Large Eddy Simulation eine geeignete, vorhersa-gekräftige Methode für die Untersuchung von Schichtenströmungen über Topographie ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen