Simulation der Feststofftransport

Es gibt keinen Grenzwert zum Einsetzen des Feststofftransports:

• Kornform

• Anordnung Zufall

• Turbulenz

o Über große Flächen gemittelter Wert o Keine zeitliche Änderung o Keine räumliche Änderung

Raum-zeitliches Mittel

•   Kritischer Shields Parameter 􏰍∗ wird durch das Anpassen an experimentelle Daten bestimmt

•   Nur nützlich für große Reynoldszahlen und sofern der Beobachtungszeitraum eine raum-zeitliche Mittelung zulässt

•   Kann Fehler weit über 100% Verursachen

Idee:

•   Sedimentkonzentration ist stark verdünnt und ändert nicht die Dichte des Fluids

•   Transportgleichung für die Sedimentkonzentration

•   Kleine Korngröße: Absetzgeschwindigkeit simuliert das Gewicht der Partikel

•   Auftriebsterm in der Navier-Stokes Gleichung

•   Beispiel: Lock-exchange Problem mit Suspensionen

•   Unterwasserlawinen / Suspensionsströmungen

Idee:

•   Für dichtere Suspension und größere Sedimentkörner ist der Einphasen- Ansatz nicht angemessen

•   Interaktive Strömung zweier Phasen mit gleichen Grenzflächen

•   Beide Phasen werden durch die Erhaltungssätze für Masse und Impuls

beschreiben

Schema der dominanten Mechanismen für den Einphasen- und den Zweiphasen- Ansatz (Yu et al. 2012)

 Implementiert in frei verfügbarer

Software, z.B. OpenFOAM

• Feststofftransport kann mit unterschiedlichen Methoden simuliert werden

• Die richtige Methode hängt von den relevanten raum-zeitlichen Skalen ab (z.B. Reynoldszahl, Volumenbeladung des Sediments)

• Kleinskalige Problem lassen sich sehr gut durch Euler/Lagrange Simulationen rechnen

• Großskalige Probleme verlangen die Berechnung durch Euler/Euler Simulationen

  • Verdünnte Suspension: Einphasiges Modell

  • Dichte Suspension: Zweiphasiges Modell

• Euler/Lagrange Simulationen sind teuer, eignen sich aber hervorragend, um Prozessverständnis aufzubauen, mit dem man Euler/Euler Simulationen verbessern kann

• Euler/Euler Models sind besser geeignet, um größere Probleme der Ingenieurspraxis zu berechnen

 Anwendung: Variantenstudien auf Flussabschnitten oder ganzen Flussmündungsbereichen