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Projektdauer: 2008 - 2011

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

• Christof Gromke
  

Mitwirkende

• Benjamin Walter
  

• Michael Lehning
  

Versuchseinrichtung Windkanal