Erfahrungen in der numerischen Sedimenttransportmodellierung auf unterschiedlichen Skalen – von RANS bis LES

Abstract

In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur numerischen Modellierung des Sedimenttransports basierend auf dreidimensionaler Hydrodynamik auf großen, mittleren und kleinen Skalenebenen erörtert und deren Eignung für ingenieurmäßige Aufgabenstellungen anhand von konkreten Anwendungsfällen beleuchtet. Auf der großen Skalenebene kommt das BOKU-Sedimenttransportmodell iSed zum Einsatz, das auf der Lösung der Strömungsgleichungen mittels des Reynolds-Averaged-Navier-Stokes-Verfahrens (RANS) basiert. Als Anwendungsfall dieses Modells dienen Prozesse des Geschiebetransports und der Morphodynamik bei verschiedenen Buhnengeometrien an der österreichischen Donau. Auf der mittleren Skalenebene wird ein neu entwickeltes Geschiebetracermodell präsentiert, mit dem bevorzugte Pfade des Geschiebes an der Gewässersohle erkannt und in ingenieurtechnische Planungsaufgaben einbezogen werden können; dieses Modell wurde an einem weiteren Donauabschnitt eingesetzt und erfolgreich an Naturmessdaten validiert. Abschließend wird ein kleinskaliges Modell eines sphärischen Einzelkorns präsentiert, welches es mittels der hochauflösenden Large-Eddy-Simulation (LES) ermöglicht, turbulente Wirbelstrukturen und damit in Zusammenhang stehende Druckfelder abzubilden. Modellierungen dieser Art tragen wesentlich dazu bei, zukünftig verbesserte, auf mechanischen Ansätzen basierende Geschiebetransportmodelle zu entwickeln.