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 Irdischer Schutz für außerirdisches Metall
18.04.2019 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Schlüsselkomponente für Batterien der Zukunft
04.04.2019 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Explosion on Jupiter-sized star 10 times more powerful than ever seen on our sun

A stellar flare 10 times more powerful than anything seen on our sun has burst from an ultracool star almost the same size as Jupiter

  • Coolest and smallest star to produce a superflare found
  • Star is a tenth of the radius of our Sun
  • Researchers led by University of Warwick could only see...

Im Focus: Neues „Baustein-Konzept“ für die additive Fertigung

Volkswagenstiftung fördert Wissenschaftler aus dem IPF Dresden bei der Erkundung eines innovativen neuen Ansatzes im 3D-Druck

Im Rahmen Ihrer Initiative „Experiment! - Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“
fördert die VolkswagenStiftung ein Projekt, das von Herrn Dr. Julian...

Im Focus: Vergangenheit trifft Zukunft

autartec®-Haus am Fuß der F60 fertiggestellt

Der Hafen des Bergheider Sees beherbergt seinen ersten Bewohner. Das schwimmende autartec®-Haus – entstanden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung...

Im Focus: Hybrid-Neuronen-Netzwerke mit 3D-Lithografie möglich

Netzwerken aus wenigen Neuronenzellen können gezielt künstliche dreidimensionale Strukturen vorgegeben werden. Sie werden dafür elektronisch verschaltet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Fehler in neuralen Netzwerken besser zu verstehen und technische Anwendungen mit lebenden Zellen gezielter zu steuern. Dies stellt ein Team aus Forschenden aus Greifswald und Hamburg in einer Publikation in der Fachzeitschrift „Advanced Biosystems“ vor.

Eine der zentralen Fragen der Lebenswissenschaften ist, die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen. Komplexe Abläufe im Gehirn ermöglichen uns, schnell Muster...

Im Focus: Was geschieht im Körper von ALS-Patienten?

Wissenschaftler der TU Dresden finden Wege, um das Absterben von Nervenzellen zu verringern und erforschen Therapieansätze zur Behandlung von ALS

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine unheilbare Erkrankung des zentralen Nervensystems. Nicht selten verläuft ALS nach der Diagnose innerhalb...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Irdischer Schutz für außerirdisches Metall

18.04.2019 | Verfahrenstechnologie

Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions

18.04.2019 | Physik Astronomie

Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz

18.04.2019 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics