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 Mit optimierten Logistikprozessen Energieeinsatz und CO2-Ausstoß reduzieren
22.10.2019 | Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

nachricht Elektrosynthese von Alkoholen energieeffizienter gestalten
18.10.2019 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forschende entdecken, wie äußere Reize den Auf- und Abbau des Skeletts im Kern von Säugetierzellen steuern

Nicht nur in Muskelzellen spielen sie die Hauptrolle: Die Aktinfilamente sind eines der häufigsten Proteine in allen Säugetierzellen. Die fadenförmigen Strukturen bilden einen wichtigen Teil des Zellskeletts und -bewegungsapparats. Zellbiologinnen und -biologen der Universität Freiburg zeigen nun in Zellkulturen, wie Rezeptorproteine in der Membran dieser Zellen Signale von außen an Aktinmoleküle im Kern weiterleiten, die daraufhin Fäden bilden.

Das Team um Pharmakologe Prof. Dr. Robert Grosse steuert in einer Studie den Auf- und Abbau der Aktinfilamente im Zellkern mit physiologischen Botenstoffen und...

Im Focus: Neuartiges Antibiotikum gegen Problemkeime in Sicht

Internationales Forscherteam mit Beteiligung der Universität Gießen entdeckt neuen Wirkstoff gegen gramnegative Bakterien – Darobactin attackiert die Erreger an einem bislang unbekannten Wirkort

Immer mehr bakterielle Erreger von Infektionskrankheiten entwickeln Resistenzen gegen die marktüblichen Antibiotika. Typische Krankenhauskeime wie Escherichia...

Im Focus: Machine learning microscope adapts lighting to improve diagnosis

Prototype microscope teaches itself the best illumination settings for diagnosing malaria

Engineers at Duke University have developed a microscope that adapts its lighting angles, colors and patterns while teaching itself the optimal...

Im Focus: Kleine Teilchen, große Wirkung: Wie Nanoteilchen aus Graphen die Auflösung von Mikroskopen verbessern

Konventionelle Lichtmikroskope können Strukturen nicht mehr abbilden, wenn diese einen Abstand haben, der kleiner als etwa die Lichtwellenlänge ist. Mit „Super-resolution Microscopy“, entwickelt seit den 80er Jahren, kann man diese Einschränkung jedoch umgehen, indem fluoreszierende Materialien eingesetzt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben nun entdeckt, dass aus Graphen bestehende Nano-Moleküle genutzt werden können, um diese Mikroskopie-Technik zu verbessern. Diese Nano-Moleküle bieten eine Reihe essentieller Vorteile gegenüber den bisher verwendeten Materialien, die die Mikroskopie-Technik noch vielfältiger einsetzbar machen.

Mikroskopie ist eine wichtige Untersuchungsmethode in der Physik, Biologie, Medizin und vielen anderen Wissenschaften. Sie hat jedoch einen Nachteil: Ihre...

Im Focus: Small particles, big effects: How graphene nanoparticles improve the resolution of microscopes

Conventional light microscopes cannot distinguish structures when they are separated by a distance smaller than, roughly, the wavelength of light. Superresolution microscopy, developed since the 1980s, lifts this limitation, using fluorescent moieties. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research have now discovered that graphene nano-molecules can be used to improve this microscopy technique. These graphene nano-molecules offer a number of substantial advantages over the materials previously used, making superresolution microscopy even more versatile.

Microscopy is an important investigation method, in physics, biology, medicine, and many other sciences. However, it has one disadvantage: its resolution is...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage 2020: „Mach es einfach!“

18.11.2019 | Veranstaltungen

Humanoide Roboter in Aktion erleben

18.11.2019 | Veranstaltungen

1. Internationale Konferenz zu Agrophotovoltaik im August 2020

15.11.2019 | Veranstaltungen

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

Der Gewinner ist… Vorankündigung zum 11. Corporate Health Award

22.11.2019 | Förderungen Preise

Erste Liga der Automobilzulieferer

22.11.2019 | Förderungen Preise

Forschende entdecken, wie äußere Reize den Auf- und Abbau des Skeletts im Kern von Säugetierzellen steuern

22.11.2019 | Biowissenschaften Chemie

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