Untersuchung des Nahfeldes von Wasserbauwerken mit 3D - HN - Verfahren

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Gotthilf Richter
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1 BAW - Kolloquium am 19. Juni 2002 Untersuchung des Nahfeldes von Wasserbauwerken mit 3D - HN - Verfahren Y Z X Abteilung Wasserbau im Binnenbereich Referat W3 - Wasserbauwerke, Stauhaltungen und Kanäle Jann Strybny

2 Numerische Modellierung in der BAW Untersuchungsraum Flussgebiet Wasserbauwerk Gebietsgröße 5 km 25 km 100 m 500 m Ortschritt 1.00 m m 0.01 m 1.00 m Anzahl Elemente Dimensionen (in der Regel) Forschungsschwerpunkt bevorzugte Raumrichtungen an der Sohle Sedimenttransport keine bevorzugten Raumrichtungen Komplexität der freien Oberfläche

3 Bestimmung der freien Oberfläche freie Oberfläche ist ein Modellrand genau ein Funktionswert von z über x und y

4 Problemfälle stationär instationär

5 Modellstrategien Trennung vom Konzept der freien Oberfläche als Modellrand Modellierung von Fluidregionen mit funktionalem Zusammenhang für die Wasserkonzentration nachträgliche Rekonstruktion der freien Oberfläche Harlow & Welch(1965): Marker and Cell - Verfahren Hirt & Nichols (1979): Volume of Fluid - Verfahren

6 Modellstrategien

7 Modellstrategien

8 Modellstrategien

9 Modellstrategien

10 Modellstrategien

11 Rechenzeit sehr feine Auflösung notwendig extrem rechenintensiv Wahl einer optimalen Prozessor-Zahl Sum. CPU-Zeit [h] Anzahl Prozessoren n [-]

12 Digitales Geländemodell Verknüpfung aus: Bauwerksdaten + Peildaten Mitmodellierung eines Luftraumes oberhalb des Wasserbauwerks

13 Standardisierte Verifikationsfälle Weiterentwicklung nah an praxisrelevanten Problemen Definition standardisierter Fälle Einbeziehung möglichst vieler hydromechanischer Prozesse Labormodelle Numerische Modelle Naturmessungen Auswertung der Bauwerksdatenbank dauerhafter Vergleich von Programmsystemen dokumentiert und im Intranet abrufbar Schulung

14 Standardisierte Verifikationsfälle 3.1 Hubsenktor 3.3 GMS im Trapezquerschnitt Verengung Propeller Überströmung Wellenevolution Unterströmung Trockenfallen Wechselsprung Naturdaten vorhanden Naturdaten in Vorb. 3.2 Fischbauchklappe 3.4 Interaktion Schiff + Auslaufbauwerk Sohlschwelle Strahlausbreitung vert. Isolierung eines Fluids Strahlausbreitung hor. Dynamische Kopplung Struktur-Fluid

15 Untersuchung von Extremabflüssen Prüfung der Verfahrens-Eigenschaften

16 Untersuchung von Extremabflüssen Schleuse Regensburg

17 Ermittlung von Bemessungsparametern Untertürkheim

Modell Messtechnik 16 Q(exp) Q(num) 14 12 Q[m3/s] 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 Überfallhöhe [m] mögliche Genauigkeit eines

18 Modell Messtechnik 16 Q(exp) Q(num) Q[m3/s] Überfallhöhe [m] mögliche Genauigkeit eines numerischen Modells immer durch das beste verfügbare Messsystem bestimmt. laufende Optimierung der Prognosefähigkeit

19 Das Team Harald Nelles Nicole Maedel Sabine Schlenker-Bohr Dr. Jacek Jankowski Jann Strybny

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