Zwei- und dreidimensionale Large-Eddy-Simulation von Flachwasserströmungen in Flüssen

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Die Berechenbarkeit von turbulenten Transportvorgängen in Flüssen ist ein wichtige Voraussetzung für die Lösung vieler wasserbaulicher und umwelttechnischer Probleme. Auf Grund der gegenüber der Tiefe meist viel größeren horizontalen Ausdehnung des Wasserkörpers ist die Turbulenzbewegung in diesen Strömungen oft durch großräumige quasi-zweidimensionale horizontale Wirbel geprägt. Zur Zeit werden diese Strömungen hauptsächlich mit statistischen Turbulenzmodellen simuliert, die aber den Austausch durch großräumige Strukturen nur unbefriedigend und vor allem nicht allgemeingültig beschreiben. Der Large-Eddy-Simulation (LES), in welcher die großskalige Turbulenzbewegung nicht modelliert, sondern durch Lösung der Strömungsgleichungen berechnet wird, ist hierfür vom Prinzip her wesentlich besser geeignet. 3D-Rechnungen sind jedoch so rechenintensiv, dass für die Praxis tiefengemittelte 2D-Verfahren benötigt werden. In dem Vorhaben werden mit einem existierenden LES-Verfahren eine Reihe von Flachwasserströmungen, bei denen durch horizontale Scherung hervorgerufene großräumige Wirbelstrukturen auftreten, zunächst dreidimensional berechnet. Mit den Ergebnissen dieser aufwendigen dreidimensionalen Rechnungen wird zusammen mit experimentellen Daten ein tiefengemitteltes zweidimensionales LES-Verfahren zu Berechnung von Flachwasserströmungen der Praxis entwickelt und getestet, bei dem die großskaligen, horizontalen Wirbel aufgelöst und die kleinskaligen 3D-Turbulenzbewegungen modelliert werden.