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Umwelt & Ressourcen
Abb. 2: Form, Elemente und
Abmessungen des untersuchten
Tragflügelmesswehres [3]
Numerische Strömungsmodellierung Abbildung 3 zeigt die geometrischen Modell-
randbedingungen und das Strömungsgebiet.
Für die numerischen Untersuchungen wird an- Am Zulaufrand strömt das Wasser gleichmäßig
genommen, dass die Strömung am Wehr quer über eine Querschnittshöhe von 0,30 m in die
zur Strömungsrichtung gleichförmig ist. Mögliche Oberwasserkammer. Dabei wird die Geschwin-
Randeffekte auf die Strömungsverteilung werden digkeit so vorgegeben, dass sich ein gewünsch-
hierbei als gering eingestuft. Dies erlaubt die Ver- ter Volumenstrom einstellt. Die Sohle und das
wendung eines zweidimensionalen Strömungs- Wehr des Prüfstandes werden als undurchlässi-
modells, dessen Simulationsebene die Wehrmitte ge Wand betrachtet. An allen übrigen Rändern
senkrecht und in Strömungsrichtung schneidet. wird der äußere Luftdruck vorgegeben.
Gegenstand der Betrachtung ist das Tragflügel- Das Strömungsmodell berücksichtigt die beiden
messwehr (TFM) UFT-FluidWing vom Typ TFM (Fluid-)Phasen Wasser und Luft. Zur Beschrei-
300 der UFT Umwelt- und Fluid-Technik bung wird das Euler-Euler-Modell verwendet.
Dr. H. Brombach GmbH (UFT GmbH) [2]. Das Es beinhaltet, dass beide „Stoffe“ als kontinuier-
Messwehr ist ein in Edelstahl gefertigtes und als liche und in Wechselwirkung stehende Phasen
Tragflügelprofil geformtes Blech, das auf den aufgefasst werden. Die Dynamik und die Lage
Kopf einer als Wehr dienenden Betonschwelle der Grenzfläche zwischen Wasseroberfläche und
eines Entlastungsbauwerkes montiert wird [3]. Umgebungsluft werden mit Hilfe der Methode
In Abbildung 2 sind Form, Elemente und Abmes- „Volume-of-Fluid“ (VOF-Methode) [4] bestimmt.
sungen des UFT-FluidWing zusammengestellt. Die Grenzfläche stellt eine sogenannte „freie
Der Flügelbug mit großem Radius ragt deutlich Oberfläche“ dar, weil sich Form und Position aus
über die Vorderkante der Betonschwelle hinaus. der aktuellen Strömungssituation heraus ergeben
Unebene und raue Schwellenoberkanten werden und sich nicht direkt über Randbedingungen
vom Messwehr abgedeckt. Für die numerische bestimmen lassen. Die genaue Berechnung der
Berechnung wird das Wehrprofil als Teil der Be- Lage ist insbesondere bei der Abströmung vom
randung des Strömungsgebietes abgebildet. Messwehr wichtig, da die Strömung nicht durch
eine Berandung geführt wird und sie die Überfall-
Das Rechengebiet des Modells berücksichtigt höhe beeinflusst.
eine Zulaufstrecke mit einer Länge von 1,0 m bis
zum Wehr. Der Wehrkopf wird mit dem Trag- Der Berechnung der Zweiphasenströmung liegen
flügelprofil in einer Gesamthöhe von 0,82 m die zeitlich gemittelten Navier-Stokes-Gleichun-
betrachtet. Im Unterstrom der Wehrschwelle wird gen zugrunde. Diese Erhaltungsgleichungen für
ein Bereich mit einer Länge von 0,5 m erfasst. Masse, Impuls und Energie erfordern zusätzlich
eine Beschreibung der Turbulenzeffekte, die mit
dem SST-k-ω-Modell erfasst werden [5].
Netzerstellung und eingesetzte Software
Grundlage für die Durchführung der Berechnun-
gen ist die Erstellung eines blockstrukturierten
Netzes als Diskretisierung des Strömungsgebie-
tes mit Hilfe der Software „ANSYS ICEM CFD“.
Abb. 3: Strömungsgebiet mit Da das Strömungsprofil am Tragflügelmesswehr
Modellrandbedingungen und die Abströmung in das Unterwasser be-
(Quelle: eigene Darstellung) sonders genau abgebildet sein müssen, werden
