Experimentelle und numerische Untersuchung von Fluid-Partikel-Interaktionen in Wasser

Für die Entwicklung verbesserter Modelle zur Beschreibung des Sedimenttransports in Fließgewässern ist das grundlegende Verständnis der Interaktion zwischen den festen Partikeln und dem bewegten Fluid (Wasser) bedeutend. In diesem Beitrag werden aktuelle Entwicklungen im Bereich der Fluid-Partikel-Interaktion anhand von zwei konkreten Forschungsarbeiten von Gold et al. ( 2023 ) und Worf et al. ( 2022 ) vorgestellt. Die experimentelle Forschungsarbeit von Gold et al. ( 2023 ) untersucht mithilfe von Messmethoden auf dem neuesten Stand der Technik die Strömung rund um Kugeln verschiedener Dichte, die in anfangs ruhendem Wasser oszillieren. Über den gesamten Dichtebereich ( \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$m^{*}=\rho _{S}/\rho _{F}=$$\end{document} m * = ρ S / ρ F = 1,14; 14,95; Dichteverhältnis von Solid und Fluid) konnte für das Kugelpendel eine vergleichbare Charakteristik der Wirbelablösung festgestellt werden. Ebenso wird eine neue Methode der Objektverfolgung (DOT) vorgestellt, welche eine zeitlich und räumlich aufgelöste Analyse der Strömungsstrukturen im Fluidfeld ermöglicht. Gold et al. ( 2023 ) zeigen, dass es während der ersten Periode zur Wirbelablösung kommt. Dieser Wirbel pflanzt sich in Richtung Beckenboden fort und dissipiert letztendlich. Weiters wurde ein Dämpfungsoptimum des Kugelpendels im Bereich von \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$m^{*}=2{,}50$$\end{document} m ∗ = 2 , 50 beobachtet. Außerdem wurde ein Experiment von einem Zylinderpendel mit \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$m^{*}=4{,}98$$\end{document} m * = 4,98 mittels Immersed-Boundary-Methode numerisch untersucht. Dabei wurde der Vorgang der Bildung und Ablösung bis hin zum Zerfall eines Wirbelrings beschrieben. Zusätzlich wurde bei dieser Untersuchung von Worf et al. ( 2022 ) die Bildung von Randwirbeln beobachtet, beschrieben und mit der anfänglichen Entwicklung der dreidimensionalen Strömung und „zus