Multiskalenmodellierung physikalischer Prozesse an der Grenzfläche Wasser/Boden

Ziel des Projektes ist die numerische Simulation physikalischer Prozesse an der Grenzfläche Wasser/Boden bei Unterwasserböschungen in sandigen Böden. Zu diesem Zweck wird der gesättigte Boden mit einem hybriden Kontinuums-/Diskontinuumsansatz modelliert: Das Porenwasser wird mit volumengewichteten Navier-Stokes-Gleichungen, die Partikel des Korngerüsts mit Newtonschen Bewegungsgleichungen beschrieben. In beiden Gleichungen beschreiben Zusatzterme den Impulsaustausch zwischen Fluid und Partikel. Das freie Wasser wird mit Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben. Die Feldgleichungen für das freie Wasser und das Porenwasser werden mit Methoden der Computational Fluid Dynamics (CFD), die Bewegungsgleichungen der Partikel mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) gelöst. Das Verfahren wird als CFD-DEM-Kopplung bezeichnet. Zur Validierung der Teilmodelle werden verschiedene Modellversuche durchgeführt, bei denen Unterwasserböschungen unterschiedlichen hydrodynamischen Einwirkungen ausgesetzt werden. Schließlich wird unter Ausnutzung von Parallelrechnern und dem Coarse Graining die Standsicherheit einer Unterwasserböschung im Originalmaßstab unter verschiedenen hydrodynamischen Einwirkungen untersucht.

Stichworte

• CFD-DEM-Kopplung
• CFD-Simulation

Publikationen

• Kanitz, M.; Grabe, J.; Hager, A.; Goniva, C.; Kloss, C.: Extraction mechanism of an anchor plate - simulation with coupled CFD-DEM. In Proceedings of Conference on Maritime Energy (COME) 2017 in Hamburg/Germany, Jg. 38 von Veröffentlichungen des Instituts für Geotechnik und Baubetrieb der TU Hamburg, S. 231-249, 2017.