Rheologie von trägen Partikeln mittels experimenteller Beobachtungen und numerischer Simulationen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernhard Vowinckel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490753954

Das Verständnis des Sedimenttransports in Flüssen, Seen und entlang des Meeresbodens ist der Schlüssel für eine nachhaltige Bewirtschaftung offener Gewässer und aquatischer Ökosysteme. Daraus resultieren wichtige Prozesse, wie Flussmorphodynamik, Suspensionsströmungen und Tsunamis, die einen Strand hinauflaufen. Die Vorhersage und Steuerung dieser Prozesse erfordert gründliche Kenntnisse der Rheologie, um die makroskopischen Eigenschaften des Fluid-Sediment-Gemisches zu beschreiben. Die konstitutiven Gesetze zur Beschreibung dieser Prozesse basierten bisher jedoch hauptsächlich auf Untersuchungen dichter Suspensionen auftriebsneutraler Partikel in entweder hochviskosen Scherströmungen oder viel größeren Strömungsraten, bei denen Trägheitseffekte die dominierende Rolle spielen. Der Übergang zwischen den beiden Regimen wurde jedoch noch nicht systematisch untersucht und ist daher nur unzureichend verstanden. Dies kann für die vorhersagende Modellierung von Anwendungen problematisch sein, die für technische Praktiken und natürliche Strömungen mit Sedimenttransport relevanter sind. Das Übergangsregime von viskos zu inertial dominiert wird im Mittelpunkt der vorliegenden Studie stehen, und unsere Ziele sind zweierlei: Erstens wollen die französischen und deutschen Partner eine gemeinsame ergänzende Kampagne von Sedimenttransportexperimenten auf dem neuesten Stand der Technik bzw. partikelaufgelöste numerische Simulationen durchführen. Die Kampagne wird hochaufgelöste Daten von laminar druckgetriebenen Scherströmungen über ein idealisiertes Sedimentbett für einen weiten Bereich von Stokes-Zahlen als Verhältnis von konkurrierenden Trägheits- und viskosen Effekten liefern. In einem zweiten Schritt werden diese Daten verwendet, um bestehende zweiphasige Modellierungsansätze zu verbessern, die für makroskopische Sedimenttransportmodelle populär geworden sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Pascale Aussillous; Professorin Dr. Élisabeth Guazzelli; Professor Dr. Eckart H. Meiburg