Large eddy simulation of flows over channel beds in the transition between surface and porewater flow regions

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Im Übergangsbereich zwischen der Gerinneströmung und dem darunterliegenden Porenraum, also an der Gerinnesohle, gibt es eine Reihe von Fragestellungen von großer praktischer Relevanz wie Erosion und Sedimentation und die damit verknüpfte Sohlenstabilität, Verlandung und Kolmation sowie Stoffaustausch mit dem Grundwasser. Diese Phänomene werden alle stark durch die Dynamik der Oberflächenströmung und insbesondere deren Turbulenz sowie der Wechselwirkung mit der Strömung im Porenraum geprägt. Die Strömungsausbildung in diesem Grenzgebiet und insbesondere die genannte Wechselwirkung sollen in dem beantragten Vorhaben erforscht werden, und zwar speziell an einer Gerinnesohle, die aus einem kohäsionslosen Einzelkorngerüst mit dazwischen liegenden Porenräumen besteht. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt bei der numerischen Simulation der Strömung mit Hilfe der Large-Eddy-Simulation (LES), durch die ein zeitlich wie räumlich hochaufgelöstes Bild des gesamten Strömungsfeldes im Übergang zwischen der turbulenten Außenströmung bis hin zur laminaren Strömung im tiefen Porenbereich erhalten werden soll. Ziel der Berechnungen ist es, ein Grundverständnis für die Prozesse zu schaffen, die sich in der Außenströmung, im Porenraum und im Übergangsbereich an Gerinnesohlen aus körnigem Material abspielen. Insbesondere soll der Einfluss turbulenter Schwankungen auf den Porenraum und das Korngerüst untersucht werden.