Flachwasserwirbel: Strömungs- und Transportdynamik von Einzelwirbeln bzw. Wirbelpaaren mit vorwiegend zwei-dimensionalem Verhalten induziert durch Flachwassergeometrie bzw. Dichteschichtung. Experimentelle Untersuchungen mit PIV-LIF Techniken, analytische Modelle und numerische Simulationen.

• Applicant: Professor Gerhard H. Jirka, Ph.D. (†)
• Subject Area: Geotechnics, Hydraulic Engineering
• Term: from 2006 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5457179

Flachwasserströmungen sind durch seichte Fluidschichten definiert, deren laterale Ausdehnung wesentlich größer als die Tiefe ist. Störungen in der Grundströmung können durch natürliche Hindernisse oder durch Einbauten, die sich entweder über die ganze Tiefe erstrecken (z.B. Inseln, Buhnen) oder getaucht sind (z.B. Rauheitselemente) oder durch Geschwindigkeitsunterschiede (laterale Scherung) induziert werden. In all diesen Fällen tendiert die normalerweise geordnete Grundströmung zu einem instabilen Zerfall und zur Bildung von großräumigen, vorwiegend zweidimensionalen Strömungsstrukturen mit ausgeprägten Wirbelbildungen. Diese Strömungstypen sind in der Natur z.B. in seichten Küstengewässern, Seen, Flüssen und Ästuaren oder in der geschichteten Atmosphäre allgegenwärtig und haben wichtige Auswirkungen auf Fragen des Umweltmanagements und für ingenieurkonstruktive Maßnahmen im Wasserbau.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, einen wissenschaftlichen Beitrag zum Verständnis des hydromechanischen Verhaltens von großräumigen Strukturen in einfachen bzw. dichtegeschichteten Flachwasserströmungen, in Form von Einzelwirbeln und Wirbelgruppen, zu leisten, deren Genese- und Erhaltungsprinzipien zu erklären, deren Transporteigenschaften (für Impuls, Masse, Wärme) zu quantifizieren, und schließlich ingenieurmäßige Methoden zu deren Vorhersage bzw. Steuerung zu entwickeln. Dazu werden Experimente zu Einzelwirbeln, Wirbelpaaren bzw. Wirbeldipolen in einem Flachwasserbecken mit zeitlich und räumlich hochauflösenden Messtechniken durchgeführt und durch numerische Simulationen mit Large-Eddy-Simulation (LES) bzw. Discrete-Vortex- Model (DVM) Methoden begleitet.

• DFG Programme: Research Grants