Untersuchung der Auskolkung um einen Zylinder mithilfe von partikelaufgelöster direkter numerischer Simulation

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545951052

Auskolkung von hydraulischen Bauwerken, also die strömungsinduzierte Erosion von Sedimentpartikeln, stellt eine der Hauptursachen für das strukturelle Versagen von Brückenpfeilern, Unterwasserrohrleitungen und von Offshore Windanlagen dar. Es besteht daher ein großer Bedarf, zuverlässige Vorhersagen über die Änderung des Sedimentbettes über die Lebensdauer von hydraulischen Einbauten treffen zu können. Die existierenden Vorhersagemethoden sind jedoch mit erheblichen Unsicherheiten verbunden, was dadurch bedingt ist, dass es sich bei diesen Prozessen um komplexe Interaktionen zwischen turbulenter Strömung, hydraulischer Struktur und erodierbarem Sediment handelt. Studien basierend auf Laborexperimenten haben maßgeblich zum Verständnis des Kolkprozesses beigetragen; allerdings stellen simultane Messungen von beiden Phasen unter Auflösung der Schwankungen in Zeit und Raum weiterhin eine große Herausforderung dar. Andererseits basierten numerische Arbeiten in der Vergangenheit meist auf stark vereinfachten Systemen ohne die Strömung um einzelne Partikel aufzulösen. In diesem Projekt werden wir die Technik der partikelaufgelösten direkten numerischen Simulation verwenden, um die Auskolkung in der Umgebung eines Kreisylinders in offener Kanalströmung zu untersuchen. Dabei werden wir seit langem offene Fragen angehen, wie die Ursache des Überganges von Auskolkung im Nachlauf auf das typische Hufeisenwirbel-Muster bei Erhöhung der Shieldszahl und die Auswirkung von propagierenden Bettformen auf die Dynamik der Auskolkung. Die hier neu zu generierenden hochauflösenden Daten werden maßgeblich zu einer Verbesserung unseres Verständnisses des Auskolkungsprozesses beitragen, was wiederum ein wichtiges Element auf dem Weg zur Weiterentwicklung der Vorhersagemodelle darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Markus Scherer