Hydrodynamic instabilities and entrainment processes in density-stratified two-layer exchange flows over a submerged sill: theoretical analysis, numerical and physical experiments

点击翻译按钮获取中文摘要

Natürliche Wasserkörper, die über eine Engstelle oder einen Kanal miteinander verbunden sind, weisen aufgrund unterschiedlichen Salz- oder Sedimentgehalts oder Temperatur eine veränderliche Dichte auf. Dadurch entstehen Strömungsvorgänge, bei denen große Wassermengen mitsamt ihren Wasserqualitätsmerkmalen (chemische, physikalische und biologische Eigenschaften) ausgetauscht werden. Zahlreiche Beispiele finden sich in der Ozeanographie (Straße von Gibraltar, Bosporus, Nord-Ostsee-Verbindungen) sowie im wasserbaulichen Gebiet (Seen und Wasserreservoirs, die über Engstellen verbunden sind sowie Seitenarme bei Flüssen). An der Zwischenschicht solcher Austauschströmungen treten Strömungsinstabilitäten auf, wie z.B. Kelvin-Helmholtz Wirbel, die zu Massenaustausch bzw. Mischungseffekten zwischen der oberen und der unteren Fluidschicht führen, und dadurch deren Wasserqualitäts- und Strömungseigenschaften beeinflussen. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, den Zusammenhang zwischen den maßgeblichen Parametern (geometrische Bedingungen, Wassertiefe sowie Dichteunterschiede) und den auftretenden Strömungsinstabilitäten mit den damit verbundenen Misch- und Transportvorgängen im Detail zu beschreiben. Eine Quantifizierung und Prognostizierung dieser Strömungsphänomene soll mittels physikalischer Experimente unter Verwendung moderner synoptischer Messtechniken (gekoppeltes PIV/PLIF), sowie durch hydrodynamische Stabilitätsanalysen und numerische Simulationen erreicht werden.