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Erstellung und Anwendung eines numerischen Simulationsmodells zur Berechnung der Dynamik einer hochkonzentrierten Suspension kohäsiven Feinsediments

Brenda, Marian :
Erstellung und Anwendung eines numerischen Simulationsmodells zur Berechnung der Dynamik einer hochkonzentrierten Suspension kohäsiven Feinsediments.
TU Darmstadt, Fachbereich Bauingenieurwesen, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Fachgebiet Wasserbau
[Diploma Thesis or Magisterarbeit], (2012)

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Diplomarbeit Marian Brenda - Text
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Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Title: Erstellung und Anwendung eines numerischen Simulationsmodells zur Berechnung der Dynamik einer hochkonzentrierten Suspension kohäsiven Feinsediments
Language: German
Abstract:

In den Ästuaren Norddeutschlands fallen erhebliche Mengen an Schlick (fluid mud)an. Diese aus Feinsedimenten bestehende Masse ist zunächst eine zähe Flüssigkeit, die aber mit der Zeit konsolidiert und dann ein Hindernis für die Schifffahrt darstellt. Erhebliche Anstrengungen werden unternommen, um den Schlick zu entfernen, damit die Wasserstraßen für Schiffe passierbar bleiben. Numerische Strömungsmodelle nehmen an Bedeutung für die Lösung von Strömungsproblemen zu. Sogar großräumige Modelle für ganze Ästuare werden am Computer erstellt. Dabei nimmt auch die Komplexität dieser Modelle zu. Ein Schritt in diese Richtung ist, Schlick mit seinen besonderen Eigenschaften in diese Modelle zu integrieren. Als kohäsives Feinsediment hat Schlick die Eigenschaft Flocken zu bilden, die den Absinkprozess beschleunigen. Bei einer bestimmten Konzentration nimmt die Absinkgeschwindigkeit wieder ab, was als “hindered settling“ bezeichnet wird. So entsteht mit der Zeit eine hochkonzentrierte Schlickschicht, die sich von der Dynamik der Klarwasserzone entkoppelt. Diese Phasentrennung führt zu einer geschichteten Strömung. Schlick ist eine Flüssigkeit mit plastischen (nicht Newton’schen) Materialeigenschaften. Für die Beschreibung dieser Eigenschaften kommt das rheologische Modell von Worrall und Tuliani zum Einsatz. Es besitzt eine hohe Anfangsviskosität und hat die Eigenschaft der Verflüssigung (shear thinning). Zudem ist Schlick thixotrop, das heißt die Viskosität ist zeitabhängig. Diesen Effekt kann man durch einen Strukturparameter beschreiben, der von Moore eingeführt wurde. Er legt fest, wie schnell sich die Struktur zwischen den Flocken bildet und wie stark diese durch Scherung zerstört wird. All diese Effekte und Eigenschaften sollen in dieser Arbeit qualitativ modelliert werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Huge volumes of fluid mud accumulate in the estuaries of northern Germany. The fine material suspension is a ductile fluid, but consolidates with time. Than it is an obstacle for shipping and has to be removed. Computational fluid dynamics (cfd) is a widely used tool, to solve fluid dynamic tasks. Even whole estuaries are modeled with cfd. The complexity of this models increases, so this thesis is a further step, to consider the special properties of fluid mud in flow simulations. The cohesive clay and organic particles tend to flocculation, means the settling velocity increases with the concentration. After a certain concentration hindered settling appears, and the settling velocity decreases. After some time a hyperconcentrated flow appears, which leads to stratified flow. Fluid mud is a non Newtonian fluid. It has a high initial viscosity, but at higher shear rates the viscosity decreases, this is called shear thinning. A rheological model of Worrall and Tuliani is used, to describe this viscous property. Thixotropie is modeled with a structural parameter, which is introduced by Moore. It describes the build-up of structure with time and the destruction by shear All this effects and properties are modeled in this thesis.English
Uncontrolled Keywords: Schlick (fluid mud), nicht Newton’sches Materialverhalten, Thixotropie, Flockulation, geschichtete Strömung (stratified flow)
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Fluid mud, non Newtonian property, thixotropy, flocculation, stratified flowEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie
Date Deposited: 24 Apr 2012 09:13
Last Modified: 10 Dec 2012 11:40
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-29563
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Zanke, Prof. Ulrich C. E. and Wurpts, Dr.-Ing. Andreas
Refereed: 29 August 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2956
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