Forschungseinheiten

Thematisch gliedert sich das Projekt in vier Forschungseinheiten. 

Forschungseinheit A wird von Prof. Dr. rer. nat. Marcel Gurris geleitet und beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der nummerischen Simulation von Strömungen. Dabei werden inkompressible Strömungsfelder ein- und mehrphasiger Strömungen berechnet, die als Randbedingungen für die Simulation der Schallwellenausbreitung dienen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Berücksichtigung unterschiedlicher räumlicher Skalen – von kleinräumigen Strömungsausschnitten bis hin zu Strömungsfeldern in typischen Fließgewässern.

Die experimentelle Strömungsforschung ist Bestandteil von Forschungseinheit B unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Christoph Mudersbach. Am dazugehörigen Lehrstuhl für Wasserbau und Hydrodynamik der Hochschule Bochum befindet sich die zentrale Versuchsanlage des Projektes: Eine von der DFG geförderte 16 m lange Strömungsrinne. Ziel der Forschung ist (a) die Verbesserung von Strömungs- und Abflussmessungen in offenen natürlichen Flüssen bei gleichzeitiger Sedimentfracht und (b) die optimierte Messung von Sedimentfrachten

Neben klassischen strömungsmechanischen Untersuchungen ermöglicht die Strömungsrinne auch den Einsatz hochpräziser laseroptischer Messverfahren. Diese werden in Forschungseinheit C unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ralph Lindken begleitet. Die laseroptischen Messungen dienen innerhalb des Projektes zur Validierung der Messergebnisse, da diese eine der genauesten, für diesen Anwendungsfall verfügbaren, Messtechniken am Markt darstellen. 

Forschungseinheit D wird von Prof. Dr. rer. nat. Erik H. Saenger geleitet und umfasst zwei thematische Schwerpunkte. Zum einen die nummerische Simulation sowie die experimentelle Messung von Schallwellen im Strömungskontext. Ziel ist die Entwicklung akustischer Messmethoden zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten sowie – perspektivisch – von Mehrphasenströmungen in offenen und geschlossenen Systemen. Die experimentellen Arbeiten werden von Dr. rer. nat. Martin Balcewicz als Nachwuchsgruppenleiter verantwortet. 

Für die experimentellen Untersuchungen steht ein Ultraschallmesssystem mit bis zu 38 Kanälen zur Verfügung, das sowohl Laufzeitmessungen als auch Doppler-Ultraschall-Verfahren unterstützt. Die flexible Kanalanzahl erlaubt dabei eine freie Wahl der Sensoranordnung und -anzahl, sodass sich das System optimal an unterschiedliche Messaufgaben und Geometrien anpassen lässt. Der numerische Schwerpunkt widmet sich Hochleistungssimulationen der Schallwellenausbreitung unter Strömungsbedingungen. Gemeinsam mit Strömungssimulationen bilden diese die realen Experimente virtuell nach und schaffen so ein effizientes digitales Labor zur gezielten Optimierung der Messmethoden. Zwei zentrale wissenschaftliche Herausforderungen stehen dabei im Vordergrund: die Integration bewegter Fluide in bestehende Wellenausbreitungsalgorithmen sowie die Weiterentwicklung der Time Reverse Imaging (TRI)-Technologie zur Lokalisierung von Partikeln in Flüssigkeiten und Gasen.