Direct numerical simulation of pattern formation in subaqueous sediment

• Applicant: Professor Dr. Markus Uhlmann
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2012 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 218077110

Ein ebenes Bett aus beweglichen Sedimentpartikeln in einem Gewässer ist meist instabil gegen- über kleinen Störungen, was zu wellenartigen Formationen führt, welche oftmals als Unterwasserdünen in Flussströmungen oder Küstenregionen beobachtet werden. Unser Ziel ist es, den der aquatischen Dünenbildung zugrundliegenden hydromechanischen Mechanismus zu untersuchen, und damit zum aus technologischer Sicht wichtigen Verständnis dieses Phänomens beizutragen. Zu diesem Zweck schlagen wir vor, hochauflösende numerische Simulationen durchzuführen, in denen alle relevanten Längen und Zeitskalen (inklusive des Nahfeldes um die Partikel) dargestellt werden. Wir werden die Ausbildung und die Entwicklung dieser Dünenformationen in einem ebenen Kanal mit einer großen Anzahl bewegter diskreter Partikel simulieren. Eine detaillierte Analyse der numerischen Daten wird es uns erlauben, die folgenden Fragestellungen zu untersuchen: Wodurch ist das Strömungsfeld und die Partikelbewegung während der Ausbildungs- und Entwicklungsphase der Dünen charakterisiert? Wie reagieren einzelne Partikel auf die kohärenten Strukturen der turbulenten Strömung? Bei welcher charakteristischen Wellenlänge wird das Sedimentbett instabil, und durch welche dimensionslosen Kennzahlen ist der Prozess bestimmt? Diese Daten werden es uns ermöglichen, bestehende Theorien zur Dünenbildung zu testen und mögliche Verbesserungen vorzuschlagen.

• DFG Programme: Research Grants