MudEstuary - Die Beeinflussung der Dynamik der Tideästuare durch Flüssigschlick

Transkript

1 [WSA Emden] [BAW] Oliver Chmiel & Andreas Malcherek (UniBwM) Marie Naulin & Holger Rahlf (BAW) MudEsuary - Die Beeinflussung der Dynamik der Tideäsuare durch Flüssigschlick KFKI Seminar 2015 Bremerhaven, 25. November 2015

2 Inhal 1. Moivaion und Ziele Überblick zum Forschungsproek: MudEsuary Sand der Forschung und Ziele 2. Modellkonzep 3. Laborversuche Turbulenzmessungen im Übergangsbereich von Wasser zu Flüssigschlick 4. Numerisches Modell 1DV-Modell: Koninuierlicher Übergang von Turbulenz zu Schlickrheologie 5. Zusammenfassung & Ausblick Seie 2

3 Moivaion Flüssigschlickprobe WSA Emden Trailing sucion hopper dredger a he Ems Esuary Seie 3

4 Ziele und Überblick - Proek MudEsuary Ziel: Enwicklung eines numerischen Moduls zur Simulaion der Tidedynamik uner dem Einfluss von Flüssigschlick. Laufzei: Juni 2015 Mai 2018 Teilproek A: Modellviskosiä Insiuion Universiä der Bundeswehr München Aufgaben: Unersuchung der Inerakion von Turbulenz und Flüssigschlickrheologie in geschicheen, granularen Srömungen. Mehoden: Laborversuche Teilproek B: Numerische Simulaion des Emsäsuars Insiuion: Bundesansal für Wasserbau Aufgaben: Numerische Inegraion von Turbulenz und Flüssigschlickrheologie und Anwendung für das Ems Äsuar. Mehoden: Numerische Simulaionen Rheomeer (Malcherek & Cha, 2011) HN-Modell der Ems Seie 4

5 Überblick: Inerakion der Tidedynamik und Flüssigschlick HN-Modell & susp. Sedimen Fluid Mud Modell z.b. UnTRIM Emsmodell (BAW, 2014) Transpor von suspendieren Sedimen Transpor von Salz Turbulenz (z.b. k-ε-modell) z.b. MudSim (Wehr, 2012) Flussigscklickdynamik Rheologisches Modell (KFKI-Proeke: Flüssigschlick & MudSim) MudEsuary: Kopplung & Verifizierung Seie 5

6 Modellkonzep MudEsuary Sandard HN-Modell Simulaion Flüssigschlickdynamik ν = ν eff ν rh Quellen: e.g. Le Hir e al. (2001), Roland e al. (2012) Seie 6

7 Modellparamer MudEsuary fluid mud sample Reynoldsgleichungen Seie 7 Modellparameer zur Verifizierung des Konzeps: Viskosiä Diche/Konzenraion i i i i i i f u ν u ν p ρ 1 u u u = = c K z u c c w c s Transporgleichung

8 Modellparamer MudEsuary Ermilung der Viskosiä Turbulene Viskosiä Rheologische Viskosiä (MudSim) k-epsilon Turbulenzmodell fluid mud sample ν = ν eff ν rh Seie 8

9 Zirkulierende Srömung Einsezbar für kohäsives Sedimen Roierende Anriebsräder Geziele Suspensionen Maimaler Füllsand: 0.24 m Laborversuche zur Turbulenzmessung Seie z g G s b = ρ σ ν ρ 1 Turbulenzdämpfung Turbulenzmessung mi definieren Konzenraionen. ε σ ν = G P k k u k k k

10 Laborversuche zur Turbulenzmessung Messung von Diche und Turbulenz Ri g g = ρ b ρ / z ( u / z) 2 Vecrino II Liquiphan Seie 10

11 1DV-Modell: Kombinaion von Turbulenz und Schlickrheologie Annahmen für das 1DV-Modell insaionär, gleichförmiger Abfluss Zugrunde liegende Gleichungen Impuls Transpor TKE Dissipaion u = ν u eee g sin α = κ w cc = = ν σ k P k G ε ν ε C σ ε k 1εP k C 2ε ε Rheologische Viskosiä ν rh Bingham Fluid paramerisier für das Ems Äsuar von Malcherek & Cha (2011) Implemenierung in MaLab Seie 11

12 Zwischenergebnisse des 1DV-Modells: Srömungsgeschwindigkei & Konzenraion Srömungsgeschwindigkei Konzenraion Legend k-ε-model wih buoyancy damping & Bingham Seie 12

13 Zwischenergebnisse des 1DV-Modells: Viskosiäen Turbulene Viskosiä Rheologische Viskosiä Effekive Viskosiä Legende k-ε-modell inkl. Turbulenzdämpfung & Bingham [m²/s] Seie 13

14 Zusammenfassung & Ausblick Ziele des Proeks MudEsuary Enwicklung eines numerischen Moduls zur Simulaion der Tidedynamik uner dem Einfluss von Flüssigschlick. Numerisches Model Kombinaion von Turbulenz und Schlickrheologie im 3D-Modell Numerische Nachbildung der Laborversuche Anwendung für die Ems und Vergleich hisorischer Szenarien Laborversuche Turbulenzmessungen in künslich erzeugen geschicheen Srömungen Erzeugung von Messdaen zur Kalibrierung des numerischen Modells Physikalische und numerische Beschreibung der Turbulenz im Übergang zu Flüssigschlick Seie 14

15 Vielen Dank für die Aufmerksamkei! Wir freuen uns über Ihr Feedback Seie 15

16 References BAWiki Booi (1994): Measuremen of he flow field in a roaing annular flume. Repor no. 94-2, Delf Universiy of Technology. Le Hir e al. (2001): Applicaion of he coninuous modeling concep o simulae high-concenraion suspended sedimen in a macroidal esuary. Coasal and Esuarine Fine Sedimen Processes, 3: Elsevier Science, Malcherek & Cha (2011 ): Zur Rheologie von Flüssigschlicken: Eperimenelle Unersuchungen und heoreische Ansäze Technical Repor, Universiä der Bundeswehr München. Roland e al. (2012): Über Srömungsmodelle auf unsrukurieren Giernezen zur Simulaion der Dynamik von Flüssigschlick. Die Küse, 79. Toorman (2000): Parameerizaion of urbulence damping in sedimen-laden flow. Technical Repor COSINUS 3. Kaholieke Universiei Leuven. Wehr (2012): An Isopycnal Numerical Model for he Simulaion of Fluid Mud Dynamics. PhD Thesis, Universiä der Bundeswehr München. Winerwerp Seie 21