Investigation of Sediment Transport under Steady and Unsteady Flows in Sewer Systems using the Coupled CFD-DEM Method

Beschreibung

Die gängigen Ansätze zur Bestimmung des Sedimenttransportes in Kanalisationssystemen wurden meist für fluviale Bedingungen entwickelt und basieren auf vielen Vereinfachungen. Die Ablösung der traditionellen Ansätze durch neue Methoden unter Verwendung der numerischen Modellierung kann dazu beitragen, die Prozesse in der Kanalisation besser zu verstehen. Diese Forschung zielte darauf ab, ein 3D-gekoppeltes Modell mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation (CFD) und der Diskreten Elemente Methode (DEM) zu entwickeln, um den Sedimenttransport in Kanälen unter stationären Strömungsbedingungen und Spülwellen zu untersuchen. Zur Kalibrierung und Validierung des CFD-DEM-Modells wurden Laborversuche mit Sand und Kies unterschiedlicher Korngrößen unter glatten und rauen Bettbedingungen durchgeführt. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Mindestfließgeschwindigkeit zum Initiieren der Bewegung von nichtkohäsiven Sedimenten untersucht. Die Erhöhung der Korngröße des Sediments sowie der Rohrrauigkeit führte zu einer Erhöhung der kritischen Fließgeschwindigkeit. Darüber hinaus wurde der Schluss gezogen, dass das Vorhandensein eines Sedimentbetts das Strömungsfeld beeinflusst und die Geschwindigkeitsprofile verändert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Hochgeschwindigkeitsvideotechnik verwendet, um Spülwellen im Abwasserkanal zu untersuchen und das numerische Modell zu validieren. Es wurde festgestellt, dass die Stauhöhe und die Masse der ursprünglich auf der Sohle abgelagerten Sedimente einen größeren Einfluss auf die Reinigungswirkung haben als die Rauheit der Rohroberfläche. Eine gute Übereinstimmung zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen bestätigte, dass das gekoppelte CFD-DEM-Modell in der Lage ist, detaillierte Eigenschaften des Sedimenttransports in Kanalisationssystemen zu untersuchen, die im Labor oder Feld nicht einfach zu ermitteln sind.

Autor*in

Maryam Alihosseini

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Coupled CFD-DEM Method Sediment Transport Sewer Systems flush waves high-speed video technique non-cohesive sediments pipe surface sediment size

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