Page 110 - Jubibroschuere_2019

Umwelt & Ressourcen

diese Netzbereiche sehr fein gestaltet. Das der Strömung angepasste Netz zu guten Resul-
erstellte Netz berücksichtigt Strömungsvorgänge taten geführt hat.
für Abflussraten von 1 bis 30 l/s und erlaubt die
Betrachtung ganz unterschiedlicher Überfall- Der Vergleich der beiden Abflusssituationen
höhen. verdeutlicht, dass die Überfallhöhe mit zuneh-
mendem Volumenstrom steigt. Die Ausdehnung
Die Simulationen werden mit dem Softwarepro- des beeinflussten Wasserspiegels im Oberstrom
dukt „ANSYS Fluent“ durchgeführt, das in der nimmt mit dem Volumenstrom zu, die Markie-
numerischen Strömungsmechanik etabliert ist. rung 1 verschiebt sich zum Zulauf. Der Überfall-
Es erlaubt die aufgabenbezogene Zuordnung strom entfernt sich mit höherem Volumenstrom
von Randbedingungen und Modellerweiterungen von der Wehrschwelle (Markierung 2). Folglich
wie zum Beispiel mit einem Turbulenzmodell. Die nimmt auch die Fließgeschwindigkeit zu.
Ergebnisvisualisierung und die Bestimmung der
Auswertungsgrößen erfolgen mittels „ANSYS Herstellerangaben und Messdaten der Uni-
CFD-Post“. versität Stuttgart

Bewertung der Simulationsergebnisse für Zur Bewertung der Simulationsergebnisse
verschiedene Volumenströme hinsichtlich ihrer Validität werden sie mit Daten
verglichen, die der Messwehrhersteller zur Ver-
In den Abbildungen 4 und 5 sind die berech- fügung gestellt hat [8], und mit Messwerten, die
neten Wasser- und Luftphasen beispielhaft für bei Experimenten im Wasserbaulabor der Uni-
die Volumenströme von 6 l/s (Abb. 4) und von versität Stuttgart [6] gewonnen wurden.
30 l/s (Abb. 5) dargestellt. In beiden Fällen wird
deutlich, dass sich entlang der Oberfläche des Im Auftrag der UFT GmbH ist an einem Labor-
Wehrprofils und im Abströmbereich ein dünner prüfstand des Institutes für Wasserbau der
Wasserfilm einstellt. Es ist ersichtlich, dass das Universität Stuttgart ein Tragflügelmesswehr vom
Typ TFM 150 untersucht worden [6]. Das Mess-
wehr ist in einer Kipprinne mit einer Breite von
1,0 m angeordnet und mit verschiedenen Ab-
flüssen beaufschlagt worden. Das Wehr besitzt
eine Höhe von 0,4 m. Die sich bei den Volumen-
strömen im Oberstrom einstellenden Überfall-
höhen sind mit Hilfe eines Stechpegels erfasst
worden. Die Anströmstrecke im Oberwasser hat
eine Länge von rund 9 m. Die am TFM 150 ge-
wonnenen Messdaten lassen sich mit Hilfe des
Froude’schen Modellgesetzes [7] auf Form und
Größe eines TFM 300 umrechnen und können
daher für die Bewertung der Simulationsergeb-
nisse herangezogen werden.

Abb. 4: Wasser- und Luftphase bei einem Volumenstrom Gegenüberstellung von Messwerten, Her-
von 6 l/s (Quelle: eigene Darstellung) stellerangaben, Simulationsergebnissen
und Kalibrierungskurve

Einen Vergleich der Simulationsergebnisse
mit den skalierten Messwerten der Universität
Stuttgart und den Angaben der UFT GmbH zeigt
Abbildung 6 für den Volumenstrombereich von
1 bis 30 l/s.

Über den gesamten Wertebereich stimmen die
Kennlinien gut überein. Bei höheren Volumen-
strömen lassen sich tendenziell etwas größere
Unterschiede erkennen. In diesem Bereich liegen
höhere Strömungsgeschwindigkeiten und stärke-
re Auswirkungen der seitlichen Wandreibung auf
Abb. 5: Wasser- und Luftphase bei einem Volumenstrom die Strömung vor, die bei der zweidimensionalen
von 30 l/s (Quelle: eigene Darstellung) Modellierung vernachlässigt werden. Insgesamt