Hybride Untersuchung von dreidimensionalen Strömungen auf Treppenschussrinnen

Durch den zunehmenden Einsatz von Walzbeton im Dammbau gewinnen Treppenschussrinnen als Hochwasserentlastungsanlage an Bedeutung. Diese lassen sich in den pyramidenförmigen Querschnitt des Damms integrieren und machen damit den Bau eines zusätzlichen, separaten Bauwerks überflüssig.

Während die grundlegende Fließcharakteristik auf Treppenschussrinnen mit einfacher Geometrie bislang im Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen stand und wichtige Erkenntnisse über die mögliche Energiedissipation gewonnen wurden, fehlen weiterhin Kenntnisse über das Abflussverhalten in anschließenden Energiedissipatoren wie z.B. Tosbecken. Standardformen solcher Tosbecken, wie etwa vom US Bureau of Reclamation (USBR) in Kombination mit herkömmlichen Schussrinnen entwickelt, induzieren dabei ein dreidimensionales Strömungsfeld.
Derartige dreidimensionale Strömungen können auch unmittelbar auf der Hochwasserentlastungsanlage selbst entstehen. Zwar lässt sich bei Standardgeometrie ein im Wesentlichen zweidimensionales Strömungsfeld feststellen. Im Fall von Sonderformen wie Treppenschussrinnen mit konvergierenden Seitenwänden sind jedoch dreidimensionale Effekte nicht zu vernachlässigen. Hierdurch kann es zu Instabilitäten in Form von signifikanten Druckschwankungen, Schockwellen und lokalen Strömungskonzentrationen kommen, welche zu einer hydraulischen Leistungsreduzierung bis hin zum Bauwerksversagen führen können.

Das Franzius-Institut beabsichtigt derartige dreidimensionale Strömungen im Zusammenhang mit Treppenschussrinnen zu untersuchen. Dazu sollen in Kooperation mit portugiesischen Partnern des Instituto Superior Técnico (IST, Prof. Jorge Matos) und Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) in Lissabon sowie der Universität von Coimbra (Prof. Rita de Carvalho) physikalische Modellversuche und numerische Untersuchungen angestellt werden. Im Rahmen einer zweijährigen Förderung durch den Deutschen Akademischen Austausch Dienst (DAAD) und dessen portugiesischen Pendant (CRUP) werden alle Arbeiten hauptsächlich durch Studierende im gegenseitigen Austausch durchgeführt.