3D-CFD Modellierung in der Siedlungsentwässerung

Mattias Deller, 17. August 2020

Hydraulische Überprüfung und Optimierung von einem Vereinigungs/Absturzbauwerk

Fliessgeschwindigkeiten im Schnitt durch die Mitte des Vereinigungs/ Absturzbauwerkes mit initialer Planvariante (links) und optimierter Variante (rechts).

Bei der Planung von Spezialbauwerken in der Siedlungsentwässerung sind 1D-Verfahren oder analytische Lösungsansätze oft nur beschränkt anwendbar, die Platzverhältnisse limitiert und bestehende Abwasserleitungen müssen berücksichtigt werden. Mittels 3D-CFD Simulation können geplante oder bestehende Bauwerke auf die geforderte Dimensionierungskapazität überprüft werden, maximale Kapazitäten berechnet und Bauwerke optimiert werden. Dies erlaubt Unsicherheiten bei der Planung zu vermindern und aus den vorhandenen Gegebenheiten das bestmögliche Resultat zu erzielen.

Das vorliegende Bauwerk vereinigt zwei Zuflüsse (DN800 und DN600 Rohre) zu einem Ausfluss in ein Eiprofil. Beide Zuflüsse überwinden zudem beim Eintritt in das Bauwerk einen Höhenunterschied von 0.6-1.2 m. Aufgrund der komplexen Strömung im Spezialbauwerk, wurde die TK CONSULT AG beauftragt mit einer 2-Phasensimulation (Wasser, Luft) das Bauwerk hydraulisch zu überprüfen und zu optimieren. Als Zuflussmengen wurden die vom Auftraggeber vorgegebenen Dimensionierungsgrössen verwendet. Bei der initialen Planvariante zeigte die Berechnung nach dem Vereinigungsbauwerk beim Übergang in das Eiprofil einen Füllungsgrad von fast 100%. Auf Basis des Berechnungsergebnisses konnten anschliessend Massnahmen zur Verbesserung des Zusammenflusses definiert werden. Durch eine geringe Vergrösserung des Schachtes und einem besseren Zusammenflusswinkel konnte der Füllungsgrad um 20% reduziert werden.

Visualisierung der Strömung für die initiale Planvariante.

Ansprechperson

Mattias Deller

Mattias Deller

MSc. Umwelt-Natw. ETH

Projektleiter

E-Mail:  mattias.deller@tkconsult.ch
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