Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Fließen hochkonzentrierter Schlicksuspensionen

09.08.2012
Einer Forscherin der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) gelang die numerische Simulation des Fließverhaltens von Flüssigschlick.
An den deutschen Küsten ist eine zunehmende Verschlickung in Häfen, Hafenzufahrten und auch in einigen Abschnitten der Unterläufe von Flüssen zu beobachten. Um kostspieligen Unterhaltsmaßnahmen vorzubeugen und um neue Lösungsstrategien für diese Problematik zu finden, wurde in einem Forschungsprojekt der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), Dienststelle Hamburg in Zusammenarbeit mit der Universität der Bundeswehr München ein Verfahren zur mathematischen Simulation des dynamischen Verhaltens von Flüssigschlick entwickelt.

Das neue Verfahren kann dazu genutzt werden, die Entstehung und die Dynamik der Schlickstrecken in den Seeschifffahrtsstraßen zu untersuchen, derartige Systeme besser zu verstehen und entsprechende Gegenmaßnahmen in Angriff zu nehmen.

Besonders betroffen von der Verschlickung ist die Ems zwischen Herbrum und Emden. Dort führt der Fluss eine so hohe Feststofffracht aus Sedimenten mit sich, dass sich je nach den wechselnden hydrologischen Verhältnissen hochkonzentrierte Flüssigschlickbereiche ausbilden.
Die besonderen Eigenschaften von Flüssigschlick
Flüssigschlick entsteht, wenn sich feinste Sedimentpartikel in einem außergewöhnlich großen Umfang in einem Fließgewässer etwa aufgrund von Kohäsion zusammenfinden und akkumulieren. Besonders in strömungsberuhigten Zonen setzt sich der Schlick ab und konsolidiert letztendlich. Die hochkonzentrierten Schlicksuspensionen bilden innere Strukturen heraus, die das Fließverhalten gegenüber gering konzentrierten Suspensionen verändern.
Im Fließgewässer können Flüssigschlickschichten von unterschiedlicher Mächtigkeit auftreten. Je nach Tideverhältnissen wird der Flüssigschlick mit dem darüber liegenden Wasserkörper vermischt und bildet sich auch wieder von neuem aus. Bildet sich eine Flüssigschlickschicht bodennah aus, entsteht meist ein ausgeprägter Dichtesprung zwischen Wasser- und Flüssigschlickkörper.

Während Wasser physikalisch betrachtet einem Newtonschen Fluid entspricht, folgt die Fließdynamik von Flüssigschlick nicht-Newtonschen Gesetzmäßigkeiten. Derzeit etablierte hydrodynamische Modelle, mit denen auch Fragestellungen des Suspensionstransports untersucht werden, berücksichtigen jedoch lediglich Newtonsches Fließverhalten. Im BAW-Forschungsprojekt wurde nun ein herkömmliches numerisches Verfahren so erweitert, dass es auch nicht-Newtonsches Verhalten abbilden kann.

Schichten gleicher Dichte sind Ausgangspunkt der Simulation
Um nun die Flüssigschlickdynamik korrekt simulieren zu können, musste zunächst ein rheologisches Modell entwickelt werden, das Forscher des Instituts für Wasserwesen der Universität der Bundeswehr in München aus rheometrischen Messungen ableiten konnten. Bei der BAW in Hamburg entstand das numerische Modell, in dem die Projektleiterin Dr. Denise Wehr ein bestehendes numerisches Verfahren an die rheologischen Eigenschaften und die spezifischen Transportprozesse von Flüssigschlick angepasste und entsprechend weiterentwickelte.

Einer der wichtigsten charakterisierenden Parameter für das Verhalten von Flüssigschlick ist der Feststoffgehalt bzw. die dazu proportionale Dichte. Dieser Parameter wird nun für die numerische Modellierung genutzt, indem sowohl der Wasserkörper als auch der Flüssigschlickkörper im Modell in Schichten gleicher Dichte (Isopyknen) diskretisiert, also unterteilt werden. Jeder Isopykne wird dann ein bestimmtes rheologisches Verhalten (Newtonsches, nicht-Newtonsches Fluid) zugeordnet. Im Ergebnis konnte Denise Wehr das Fließverhalten von Flüssigschlick detailreich simulieren und zum Beispiel realitätsnah aufzeigen, wie sich Flüssigschlick in einem tidebeeinflussten Flussabschnitt entwickelt.

Sabine Johnson | idw
Weitere Informationen:
http://www.baw.de
http://www.baw.de/de/die_baw/publikationen/stlk-w_ztv-w/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Smarte Rollstühle, vorausschauende Prothesen
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik