Turbulent flow field over rough surfaces

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Die Berechnung des turbulenten Strömungsfeldes über rauen Sohlen erfolgt auch heute noch auf der Grundlage von Erkenntnissen, die aus Versuchen über glatten Sohlen gewonnen wurden. Besonderheiten der Strömung über rauen Sohlen werden durch Korrekturfaktoren berücksichtigt und die Rauheit selbst wird durch stark mittelnde, empirische Parameter (wie z.B. Strickler´s kst) beschrieben. Die in neuerer Zeit entwickelte Methode der doppelten Mittelung (d.h. zeitlich und räumlich) der Navier-Stokes-Gleichungen stellt einen theoretisch wohl fundierten Ansatz zur detaillierten Beschreibung des sohlennahen Strömungsfeldes über natürlichen Rauheiten dar. Die Rauheitsstruktur wird hierbei durch einen expliziten Rauheitsterm erfasst, d.h. bei gleichzeitiger Parametrisierung des Strömungsfeldes und der Sohlenrauheit kann diese Methode praxis-relevante Ergebnisse liefern. Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Beschreibung der Rauheitswirkung natürlicher Kiessohlen auf das sohlennahe Strömungsfeld anhand der doppelt gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen. Diese Methode zur Beschreibung des turbulenten Strömungsfeldes ermöglicht die Entwicklung verbesserter Ansätze zur Berechnung des Widerstandsverhaltens und der Sohlenstabilität, welche die zuverlässigere Bewertung kostspieliger Maßnahmen für den Ausbau und auch die Renaturierung der Fließgewässer erlauben.