Simulation von Partikelerosion und Sedimenttrans­port

Aquatische Ökosysteme stellen aufgrund ihrer Häufigkeit und ihrer Bedeutung für Prozesse in der Umwelt ein wichtiges Forschungsthema dar. Dabei spielt der Transport von Sediment eine wesentliche Rolle, da er auf kurzen, mittleren und langen Zeitskalen die Morphologie bestimmt. Das Projekt beschäftigt sich mit Mechanismen, die dazu führen, dass granulare Medien wie Sediment in einem Fluss oder Partikel in einer technischen Strömung durch eine Flüssigkeit mobilisiert und anschließend transportiert werden. Mobilisierungskriterien basieren nach wie vor auf dem Ansatz von Shields und bergen einen hohen Grad an Unsicherheit. Hier besteht Bedarf an Grundlagenforschung, um die beteiligten Prozesse besser zu verstehen und praxisrelevante Kriterien für die Mobilisierung und ein besseres Verständnis der Transportmechanismen zu entwickeln.

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Im Projekt werden Simulationen mit einem spezialisierten Code für Mehrphasenströmungen auf Hochleistungs­rechnern angestellt. Dabei werden prototypische Situationen in einem offenen Gerinne betrachtet, so dass durch einen reduzierten Parametersatz Abhängigkeiten deutlich herauspräpariert werden können.  Diese Rechnungen sind extrem aufwändig, liefern dann aber einen sehr reichhaltigen Datensatz, der unter den verschiedensten Gesichtspunkten ausgewertet werden kann. Insbesondere sollen nicht-sphärische Partikelformen untersucht werden, für die solche Simulation bisher nicht existieren.