Sedimentdynamik - Fluid und Sedimentbettinteraktionen. Welche Rolle spielt Fluideinstrom und Kornform? - 3D numerische Strömungskanalexperimente

• Antragsteller: Dr. Gerhard Bartzke
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258669118

Der vorliegende Antrag wurde von den gegenwärtigen Einschränkungen bei der Quantifizierung von physikalischen Parametern, die das Zusammenspiel von Fluid und Sediment in unmittelbarer Nähe als auch im Inneren eines Sedimentbettes steuern, wie beispielsweise Fließgeschwindigkeit oder auch Kornform, inspiriert. Zur Analyse der Prozesse, welche die Erosion von Sedimenten beeinflussen, testeten Forscher im Allgemeinen empirisch das Transportverhalten von Sedimentbetten mittels Strömungskanälen im Labor oder in Felduntersuchungen. Nichtsdestotrotz ist eine genaue Quantifizierung der Prozesse, die direkt an der Oberfläche als auch im Inneren eines Sedimentkörpers auftreten, beispielsweise Fluidinfiltrationsraten, mit diesen Methoden schwer und technisch limitiert. Daher konnten die physikalischen Vorgänge im Inneren eines Sedimentbettes bisher nur unzulänglich untersucht werden. Mit dem Fokus auf den physikalischen Besonderheiten, die an Sediment-Wasser-Grenze vorherrschen, ist das Ziel dieses Projektes, unter zur Hilfenahme von 3D numerischen Simulationen, den Einfluss von Fluidinfiltration und Kornformvariationen in ein Sedimentbett auf das Transportverhalten zu beschreiben und zu quantifizieren. Dafür werden folgende Hypothesen aufgestellt: (1) Die Kornformen welche in natürlichen Sedimentbetten auftreten verändern die Menge an Einstrom in das Sediment. (2) Die Textur eines Sedimentbettes (zusammengesetzt aus runden als auch unregelmäßigen Kornformen) steuert den Einstrom in ein Sedimentbett und damit die Erosionseigenschaften. (3) Natürliche Kornformen in Sedimenten verändern somit das Erosionsverhalten von Sedimentbetten. Unter zur Hilfenahme der numerischen Smooth Particle Hydrodynamics Methode (SPH) werden gleichförmige Sedimentbetten bestehend aus unterschiedlichen Kornformen in einem 3D numerischen Strömungskanal unter verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten getestet. Folglich können durch diesen Ansatz physikalische Eigenschaften, die Rolle des Fluideinstroms als auch Kornformvariationen auf den Sedimenttransport in höchster Auflösung an der unmittelbaren Oberfläche als auch im Innern von Sedimentbetten gemessen und untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen