Hydronumerische 3D-Simulation von Strömungen in natürlichen Gewässern

Das Projekt Hydronumerische 3D-Simulation von Strömungen in natürlichen Gewässern wird vom Dr. Schumacher - Ingenieurbüro für Wasser und Umwelt [2] durchgeführt und vom Land Berlin im Rahmen des ProFIT Programms unterstützt.

Ziel ist es, eine bisher nur in der Wissenschaft vorhandene Technik, die der dreidimensionalen Strömungssimulation, derart weiterzuentwickeln, dass sie bei praktisch relevanten Anwendungsfällen, für die vom Kunden nachgefragten Aufgabenstellung eingesetzt werden kann.

Ein Teilziel des Projektes ist es Einflüsse, die von der Anisotropie der Turbulenz getriebenen Sekundärströmungen 2. Art praktisch berechnen zu können. Dazu werden vom Fachgebiet Hydrosystemmodellierung an der TU Vergleichsrechnungen angefertigt, bei denen CFD-Programme aus dem Pool der TU zum Einsatz kommen. Durch Vergleich mit gut vermessenen Laborbeispielen dienen sie der Validierung der Neuentwicklungen.

Ein Anwendungsbeispiel ist die Bestimmung von Geschwindigkeitsverteilungen in Pegelquerschnitten zur Ermittlung von Durchflüssen. Das untenstehende Bild zeigt einen klassischen Pegelquerschnitt und den bisherigen Stand der Berechnungen.

Messungen in realen Querschnitten ergeben Geschwindigkeitsverteilungen wie die unten abgebildete. Die Anisotropie der Turbulenz führt zu dem typischen Abtauchen des Geschwindigkeitsmaximums. Weitere Verzerrung der Geschwindigkeitsverteilung rühren von Ungleichförmigkeiten der Anströmung.

Die untenstehende Geschwindigkeitsverteilung wurde im Labor von Nezu und Rodi 1985 gemessen. Dies ist einer der Versuche, die im Projekt nachgerechnet werden sollen. Die abgebildeten Isotachen zeigen deutlich, wie tief das Geschwindigkeitsmaximum in Rechteckquerschnitten absinkt.