Numerische Modellierung von Strömung und Kolkung im Nahfeld von Wasserbauwerken

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Mit einem dreidimensionalen nicht-hydrostatischen numerischen Verfahren zur Modellierung von Strömungen mit freier Oberfläche sollen turbulente Strömungs- und Transportprozesse im Nahfeld von Wasserbauwerken untersucht werden. Das Ziel ist die morphodynamische Modellierung der Entstehung und des Verhaltens von strömungs- und welleninduzierten Kolken an Wasserbauwerken an Flüssen und im Meer. Eine hinreichend feine Diskretisierung in Wandnähe der umströmten Körper ermöglicht die Simulation von Grenzschichteffekten, die für die darzustellenden hydrodynamischen Phänomene (Hufeisenwirbel, Strömungsablösung, Wirbelstraße) in der unmittelbaren Umgebung wesentlich sind. Die Modellierung dieser stark instationären kohärenten turbulenten Strukturen soll durch ein modifiziertes k-w-Modell und durch Very Large Eddy Simulationen (VLES) erfolgen. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt ist die Weiterentwicklung des nicht-hydrostatischen Verfahrens, für das geeignete Ansätze für nicht-reflektierende Randbedingungen formuliert werden sollen, die zu einer verbesserten Modellsteuerung führen. Neue problemgerechte Ansätze zur Beschreibung des Sedimenttransportes ermöglichen schließlich die Kolksimulation für Strömungen und Wellen, deren Validierung anhand von dokumentierten und aktuellen Labor- und Naturmessungen erfolgt.