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Projektdauer: 2008 - 2011
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Turbulente Grenzschichtströmungen über Neuschneeoberflächen
Einleitung
und Hintergrund
Anhand dieses Beispieles wird die Kopplung
und gegenseitige Beeinflussung von Wind und Schnee deutlich. Die oben
erläuterten Wechselwirkungen bestimmen massgeblich die Anhäufung von grossen
Schneemassen und den Aufbau der Schneedecke. Ein Verständnis der
Wechselwirkungsvorgänge trägt somit entscheidend zur Verbesserung der
Lawinengefahreinschätzung bei.
Wind und Schnee stehen über eine komplexe
Wechselwirkung miteinander in Beziehung. Der Wind transportiert Schnee und
beeinflusst dabei Schneekristall- und Schneedeckeneigenschaften. Bei der
Verfrachtung und Deposition von Schnee kommt es darüber hinaus zur Bildung
grossskaliger Oberflächenrauhigkeitselemente wie Wechten, Dünen, Sastrugi oder
Riffeln. Diese üben im Gegenzug wiederum einen starken Einfluss auf den
bodennahen Wind aus.
Versuchsablauf
im Windkanal
Im 15m langen Open Circuit Windkanal des
SLF werden Versuche mit Neuschnee durchgeführt. Der Neuschnee wird hierfür in
speziellen Behältern die ausserhalb der Windkanalhalle geschützt angeordnet
sind und in die der Schnee natürlich ablagert, eingesammelt. Bei ausreichender
Schneehöhe werden die Behälter zerstörungsfrei ohne die natürliche Schneedecke
zu verändern in die Teststrecke des Windkanals eingebracht. Die Windkanalhalle
selber ist unbeheizt. Für den Betrieb des Windkanals wird kalte Luft von
Ausserhalb angesaugt um Metamorphoseprozesse im Schnee zu minimieren. Da sich
die Schneekristall- und Schneedeckeneigenschaften stark mit den
Umgebungsbedingungen ändern, werden während der Versuche ständig
Lufttemperatur, -feuchte und -druck überwacht. Vor Beginn der eigentlichen
Untersuchungen wird zudem zur Minimierung des Druckgradienten in
Strömungslängsrichtung der Windkanalquerschnitt abschnittsweise angepasst.
Messungen
und Messtechnik
Im Einzelnen werden im Windkanal folgende Messungen
durchgeführt und Messtechniken bzw. -verfahren eingesetzt:
Strömungsgeschwindigkeiten
- 2D Hitzdraht-Anemometrie
(hochfrequent)
- 2D Laser
Cantilever-Anemometrie (hochfrequent), ab Winter 2009
- 3D
Ultraschall-Anemometrie (niederfrequent)
- Flügelrad-Anemometrie
(niederfrequent)
- Prandtl-Sonden (niederfrequent)
Drücke
- diverse Drucksensoren, statische
und dynamische Druckmessungen
Schneemassenflüsse bei Transportvorgängen
- Schneepartikelzähler SPC (hoch-
und niederfrequent)
- Schneemassenflussmessung (hoch-
und niederfrequent)
Strömungsvisualisierung
- Hochgeschwindigkeitskameras bei
Schneeverfrachtung
Zudem werden Luftdruck, -feuchte und -temperatur
kontinuierlich aufgezeichnet.
Ziele
der Untersuchungen
- Entwicklung neuer und Verbesserung
bestehender Messtechniken für schneeaerodynamische Untersuchungen
- Grundlagenforschung zu Grenzschichtströmungen
über Schnee
- mittlere und turbulente
Strömungsgrössen
- Austauschvorgänge von Energie,
Feuchte und sonstigen skalaren Beimengen zwischen Schneedecke und bodennaher
Grenzschicht
- Bestimmung von Grenzwertgeschwindigkeiten
für das Einsetzen von Schneeverfrachtung in den Transportmodi Rollen, Saltation
und turbulente Suspension
- Messung von Schneemassenflussprofilen und
totalem Schneemassenfluss
- Charakterisierung typischer Erosions- und
Depositionsmuster bei Schneeoberflächen
Kontakt
Mitwirkende
