Bild des Monats: Ein guter Tropfen Wissenschaft Modellsimulationen am Institut für rechnergestützte Modellierung im Bauingenieurwesen (IRMB)
„Forschung im Werden“ – so beschreibt Professor Martin Geier sein Bild des Monats. Es zeigt einen Zwischenschritt auf dem Weg zu einer physikalisch korrekten Simulation eines fallenden Betontropfens. Die Simulation soll dazu beitragen, das Verhalten von Fluiden mit großen Dichteunterschieden zu verstehen. Mit diesem Verständnis kann später die Stabilität von Spritzbeton-Bauten erhöht werden. Auf dem Weg zu diesem Ziel arbeitet das Team um Professor Geier noch an Parametern wie Viskosität und Oberflächenspannung um die Simulation an die realen Gegebenheiten anzupassen.
Bildnachweis: Martin Geier/TU Braunschweig
Manchmal sind es kleine Details, die Auswirkungen auf das große Ganze haben – z. B. wie viel Luft beim Aufbringen von Spritzbeton von den Betontropfen eingeschlossen wird. Zu viel Luft im Beton mindert letztendlich die Tragfähigkeit der Betonkonstruktion. Entscheidend dafür ist die kinetische Energie des Betonstrahls. Die Tropfen in der Mitte des Betonstrahls kommen mit einer höheren Geschwindigkeit auf dem Untergrund auf als die Tropfen am Rand des Strahls. Wo der Strahl aber letztlich viel und wo wenig Luft einschließt, hängt auch von anderen Faktoren ab. „Neben der kinetischen Energie und Geschwindigkeit mit der die Betontropfen aufkommen beeinflusst die Verwirbelung der Luft die Einschlüsse und damit die Standfestigkeit so konstruierter Gebäude“, erklärt Professor Martin Geier, Leiter des Teilprojekts „Modelling and Simulation of Shotcrete 3D Printing“ am Institut für rechnergestützte Modellierung im Bauingenieurwesen (IRMB).
Um die Luftverwirbelung um die Betontropfen zu verstehen, entwickelt das IRMB im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregio 277 „Additive Manufacturing in Construction“ eine Methode, die es ermöglichen soll, turbulente Mehrphasenströmungen mit großen Dichteunterschieden zwischen den Phasen – also des Tropfens und der ihn umgebenden Luft – effizient zu simulieren. Einen frühen Versuch der Simulation zeigt unser Bild des Monats. Farblich hervorgehoben ist dabei die Vortizität, die Wirbelstärke in der Luft. „Das ist ein sehr komplexer Vorgang, den wir abbilden müssen“, so Geier. „Beton wiegt über zwei Tonnen und Luft nur ein Kilogramm pro Kubikmeter. Dieser Dichteunterschied stellt in der Modellierung eine Herausforderung dar. Deshalb konzentrieren wir uns bei der Simulation in dieser Projektphase hauptsächlich auf die Dichte. Wir testen diesen Parameterbereich aus und prüfen, wie weit wir damit kommen. Alle anderen Variablen passen wir erst danach an reale Gegebenheiten an.“
Das Bild des Monats bietet eine gute Gelegenheit Forschung bereits im Werden zu zeigen und transparent über den Ansatz und Verlauf des Forschungsprojekts zu berichten.
