Direkte Numerische Simulation der Wechselwirkung zwischen Oberflächewellen, Turbulenz und Fließgewässersohle in Flachwasserströmungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Aman Ghebremichael Kidanemariam
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402125106

Flachwasserströmungen mit freier Oberfläche sind in der Natur allgegenwärtig. Sie treten beispielsweise in Tieflandflüssen, Flussmündungen, Küstengebieten und in Gerinneströmungen auf. An der freien Oberfläche solcher Strömungen entstehen für gewöhnlich Wellen, welche sich kontinuierlich über einen breiten Skalenbereich räumlich und zeitlich entwickeln. Ein grundlegendes Verständnis der Mechanismen hinter der Oberflächendynamik ist aus ökologischer und technischer Sicht entscheidend, da diese eine Vielzahl relevanter Prozesse wie z.B. Sedimenttransport, Massen- und Wärmetransport an der Grenzfläche, sowie die Ausbreitung von Schadstoffen stark beeinflusst. Die Dynamik der Oberfläche ist die Folge eines komplexen Zusammenspiels zwischen stabilisierenden und destabilisierenden Faktoren. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Schwerkraft, chaotische Strömungsbewegungen aufgrund von Turbulenz, sowie Unebenheiten der Fließgewässersohle. Das Ziel des vorgeschlagenen Forschungsprojektes ist es die physikalischen Mechanismen hinter den oft beobachteten Phänomenen in turbulenten Flachwasserströmungen numerisch zu untersuchen. Zu diesem Zweck wird ein dediziertes Computerprogramm entwickelt, welches Rechenressourcen auf dem aktuellen Stand der Technik verwendet, um derartige Strömungen zu simulieren. Hochaufgelösende numerische Simulationen werden anschließend durchgeführt, in denen alle relevanten Längen und Zeitskalen des Problems dargestellt werden. Die numerische Daten werden daraufhin analysiert um die oben erwähnten gekoppelten Wechselwirkungen zu untersuchen. Es wird erwartet, dass die in diesem Projekt gewonnenen Ergebnisse bestehende Wissenslücken in umweltrelevanten Flachwasserströmungen füllen. Des Weiteren werden diese wichtige Beiträge zur Verbesserung von Ingenieurs- und umwelttechnischen Vorhersagemodellen der Transport- und Wechselwirkungsprozesse in solchen Strömungskonfigurationen liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Professor Ivan Marusic, Ph.D.