A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Erfahrungen in der numerischen Sedimenttransportmodellierung auf unterschiedlichen Skalen – von RANS bis LES
Zusammenfassung In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur numerischen Modellierung des Sedimenttransports basierend auf dreidimensionaler Hydrodynamik auf großen, mittleren und kleinen Skalenebenen erörtert und deren Eignung für ingenieurmäßige Aufgabenstellungen anhand von konkreten Anwendungsfällen beleuchtet. Auf der großen Skalenebene kommt das BOKU-Sedimenttransportmodell iSed zum Einsatz, das auf der Lösung der Strömungsgleichungen mittels des Reynolds-Averaged-Navier-Stokes-Verfahrens (RANS) basiert. Als Anwendungsfall dieses Modells dienen Prozesse des Geschiebetransports und der Morphodynamik bei verschiedenen Buhnengeometrien an der österreichischen Donau. Auf der mittleren Skalenebene wird ein neu entwickeltes Geschiebetracermodell präsentiert, mit dem bevorzugte Pfade des Geschiebes an der Gewässersohle erkannt und in ingenieurtechnische Planungsaufgaben einbezogen werden können; dieses Modell wurde an einem weiteren Donauabschnitt eingesetzt und erfolgreich an Naturmessdaten validiert. Abschließend wird ein kleinskaliges Modell eines sphärischen Einzelkorns präsentiert, welches es mittels der hochauflösenden Large-Eddy-Simulation (LES) ermöglicht, turbulente Wirbelstrukturen und damit in Zusammenhang stehende Druckfelder abzubilden. Modellierungen dieser Art tragen wesentlich dazu bei, zukünftig verbesserte, auf mechanischen Ansätzen basierende Geschiebetransportmodelle zu entwickeln.
Abstract This work addresses different methods for the numerical modelling of sediment transport based on three-dimensional hydrodynamics on large, medium and small scales and discusses their relevance for engineering tasks exemplified by specific applications. On the large scale the BOKU sediment transport model iSed is applied, which is based on the solution of the governing equations of flow using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) method. Modelled processes of sediment transport and morphodynamics related to various groyne geometries at the Austrian Danube are presented as an example. On the medium scale a newly developed pebble tracer model is presented that allows to identify preferred paths of bedload at the river bed, which can be taken into consideration for planning tasks in engineering; this model was applied to a further reach of the Danube River and successfully validated using field data. Finally a small-scale model of a spherical single grain is presented which allows to reproduce turbulent flow structures and related pressure fields by using the high-resolution Large-Eddy simulation technique (LES). Models of this kind contribute substantially to the future development of improved bedload transport models based on fundamental principles of mechanics.
Erfahrungen in der numerischen Sedimenttransportmodellierung auf unterschiedlichen Skalen – von RANS bis LES
Zusammenfassung In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur numerischen Modellierung des Sedimenttransports basierend auf dreidimensionaler Hydrodynamik auf großen, mittleren und kleinen Skalenebenen erörtert und deren Eignung für ingenieurmäßige Aufgabenstellungen anhand von konkreten Anwendungsfällen beleuchtet. Auf der großen Skalenebene kommt das BOKU-Sedimenttransportmodell iSed zum Einsatz, das auf der Lösung der Strömungsgleichungen mittels des Reynolds-Averaged-Navier-Stokes-Verfahrens (RANS) basiert. Als Anwendungsfall dieses Modells dienen Prozesse des Geschiebetransports und der Morphodynamik bei verschiedenen Buhnengeometrien an der österreichischen Donau. Auf der mittleren Skalenebene wird ein neu entwickeltes Geschiebetracermodell präsentiert, mit dem bevorzugte Pfade des Geschiebes an der Gewässersohle erkannt und in ingenieurtechnische Planungsaufgaben einbezogen werden können; dieses Modell wurde an einem weiteren Donauabschnitt eingesetzt und erfolgreich an Naturmessdaten validiert. Abschließend wird ein kleinskaliges Modell eines sphärischen Einzelkorns präsentiert, welches es mittels der hochauflösenden Large-Eddy-Simulation (LES) ermöglicht, turbulente Wirbelstrukturen und damit in Zusammenhang stehende Druckfelder abzubilden. Modellierungen dieser Art tragen wesentlich dazu bei, zukünftig verbesserte, auf mechanischen Ansätzen basierende Geschiebetransportmodelle zu entwickeln.
Abstract This work addresses different methods for the numerical modelling of sediment transport based on three-dimensional hydrodynamics on large, medium and small scales and discusses their relevance for engineering tasks exemplified by specific applications. On the large scale the BOKU sediment transport model iSed is applied, which is based on the solution of the governing equations of flow using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) method. Modelled processes of sediment transport and morphodynamics related to various groyne geometries at the Austrian Danube are presented as an example. On the medium scale a newly developed pebble tracer model is presented that allows to identify preferred paths of bedload at the river bed, which can be taken into consideration for planning tasks in engineering; this model was applied to a further reach of the Danube River and successfully validated using field data. Finally a small-scale model of a spherical single grain is presented which allows to reproduce turbulent flow structures and related pressure fields by using the high-resolution Large-Eddy simulation technique (LES). Models of this kind contribute substantially to the future development of improved bedload transport models based on fundamental principles of mechanics.
Erfahrungen in der numerischen Sedimenttransportmodellierung auf unterschiedlichen Skalen – von RANS bis LES
Experience in the modelling of sediment transport on different scales—from RANS to LES
PD DI Dr. Tritthart, Michael (author) / DI Glock, Kurt (author) / DI Glas, Martin (author) / Yücesan, Sencer (author) / DI Dr. Liedermann, Marcel (author) / DI Gmeiner, Philipp (author) / PD DI Dr. Hauer, Christoph (author) / Univ.-Prof. DI Dr. Habersack, Helmut (author)
Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft ; 71 ; 170-178
2019-01-07
9 pages
Article (Journal)
Electronic Resource
German
Geschiebe , Numerische Modellierung , Reynolds-Averaged Navier-Stokes , Large-Eddy Simulation , Tracermodell , Morphodynamik Bedload , Numerical modelling , Reynolds-Averaged Navier-Stokes , Large-Eddy Simulation , Tracer model , Morphodynamics Engineering , Engineering, general , Water Industry/Water Technologies , Chemistry/Food Science, general , Waste Water Technology / Water Pollution Control / Water Management / Aquatic Pollution , Waste Management/Waste Technology
Modellierung von Umweltveraenderungen auf unterschiedlichen raeumlichen und zeitlichen Skalen
| British Library Conference Proceedings | 1998
Schaden in langfaserverstarkter Keramik C/C-SiC - Charakterisierung auf unterschiedlichen Skalen -
| British Library Online Contents | 2002