Laboratorium für
Gebäude- und Umweltaerodynamik

und Forschungsgruppe Strömungsmesstechnik

Leiter:  Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Bodo Ruck
Institut für Hydromechanik, Karlsruher Institut für Technologie KIT, Kaiserstr. 12, 76128 Karlsruhe, Germany
Tel.:  +49 (0)721 608 43897, Fax:  +49 (0)721 608 43191, ruck@kit.edu
 


Forschungsschwerpunkte

Windwirkung auf Bauwerke
Mit Hilfe von Modellversuchen werden Windbelastungen auf unterschiedliche Bauwerke bestimmt. Auf diese Weise können Windbeanspruchungen schon in der Planungsphase von Bauwerken ermittelt und optimierte Bauausführungen gefunden werden. Beispiele hierfür sind Hallenbauten, Brücken, Funk- und Fernsehtürme, Hochhäuser, Industriebauten, z.B. Kühltürme, oder Überdachungen.

                               

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Windkräfte auf technische Bauwerke sowie auf See-, Luft- und Landfahrzeuge
Windkräfte müssen bei der Konstruktion technischer Systeme mitberücksichtigt werden. Ihre sichere Erfassung und Berücksichtigung bei der Auslegung stellt eine Notwendigkeit in Hinblick auf die Sicherheit dieser Systeme dar. Experimentelle oder numerische Untersuchungen im Rahmen von Windkanalstudien oder Computersimulationen tragen entscheidend zur Lösung dieser Aufgabe bei.
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Windkräfte auf Bohrinseln
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Schiffe                                                               Brücken
Windkräfte auf natürliche Strukturen 
Natürliche Strukturen wie Waldbestände, Obstplantagen oder Felder im flächigen Nahrungsmittelanbau stehen in direkter Wechselwirkung mit Windkräften, die oft zerstörerische Auswirkungen zeitigen. Strategien zur Verminderung des Ausmaßes von Windzerstörungen können durch Studien im Windkanal entwickelt werden.
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Zerstörung von Waldbeständen durch Starkwinde
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Stadtklima und Verkehr
Geplante Baumaßnahmen können nachhaltige Veränderungen des Stadtklimas bewirken. Hierzu zählt das Ausbilden von Starkwindzonen, die Beeinflussung der Stadtdurchlüftung/Kaltluftschneisen und des Fußgängerwindkomforts oder Veränderungen in der Schadstoffausbreitung z.B. in Straßenschluchten. Auch hier kann der Windkanalversuch im Vorfeld einer geplanten Baumaßnahme wichtige Entscheidungshilfen liefern. Mit Hilfe von maßstabsgerechten Modellversuchen können das Wind- und Immissionsfeld vermessen und Problemzonen erkannt werden.
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Untersuchung innerstädtischer Verkehrsprobleme in der Modellstudie
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Kaltluftabflüsse in Ballungsräumen

Thermische Strömungsvorgänge
Thermische Auftriebseffekte werden u.a. durch das Einwirken der Sonnenstrahlung induziert. Dies gilt z.B. für das Aufheizen von Hausfassaden. In größerem Maßstab betrachtet, induzieren wärmeabgebende Flächen eine Thermik, die die atmosphärische Grenzschichtströmung beeinflußt. Thermische Effekte können somit die Ausbreitung von Luftschadstoffen beeinflussen und müssen u.U. mitberücksichtigt werden. So können durch das Einstellen von unterschiedlichen bodennahen Temperaturprofilen Schichtungseffekte der atmosphärischen Strömung im Detail analysiert werden.

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Auftriebsströmungen über Solarkraftwerken

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Vermessung von
Auftriebsströmungen an
wärmeabgebenden
Bauwerken

Immission
Quellnahe und quellferne Immissionsanalysen lassen sich durch modellhafte Nachbildung existierender oder geplanter Bebauungsstrukturen im Windkanal durchführen. Hierbei spielt es keine Rolle, ob es sich um von Menschenhand errichtete Bebauungsstrukturen oder um natürliche Oberflächenstrukturen handelt. Anhand von Modelluntersuchungen lassen sich in der Wirklichkeit vorhandene Problemzonen oder bereits eingetretene Schäden durch zu hohe Immissionen nachweisen.

 

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Quellnahe und quellferne Immisionsanalyse
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Umweltaerodynamische Forschung
Wind kann Teilchen/Tröpfchen aufwirbeln bzw. erzeugen und   in angrenzende Ökosysteme eintragenen. Hierdurch entstehen z.T. große Schäden. Untersuchungen über den Transport von windverfrachteten Schadstoffen helfen bei der Klärung von Ökosystemschäden.
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Absterbende küstennahe Wälder, hervorgerufen durch schadstoffbelastetes 'sea spray'

Schutzmaßnahmen
Windschutzpflanzungen werden in Form von Gehölzschutzstreifen zunehmend von Landes-, Städte- und Straßenplanern vorgesehen, um z.B. Produktionsstätten, bei deren Betrieb Schwebstoffe erzeugt und aufgewirbelt werden können, windzuberuhigen und damit angrenzende Wohngebiete vor einer zu großen Immissionsbelastung zu schützen. Ähnliches gilt für die Abschirmung von Kläranlagen, Deponien, Kompostierflächen. Auch vom Straßenverkehr erzeugte Schadstoffe sollen durch die Anlage von Gehölzschutzstreifen möglichst von Wohngebieten ferngehalten werden. Durch experimentelle Untersuchungen im Windkanal kann die Wirksamkeit einer geplanten Schutzmaßnahme bereits in der Planungsphase bewertet werden.
(Strömungsgrößen des Windschutzes)

bild7_kl.jpg (10157 Byte) Untersuchung der Wirksamkeit von natürlichen Gehölzschutzstreifen Windkanal
Numerische Simulationen
Verfahren zur Berechnung der Strömungsvorgänge und der Schadstoffausbreitung um und in Gebäuden werden für die Planung immer dringender benötigt. Die zu berechnenden Strömungsvorgänge sind allerdings äußerst komplex; so spielen großskalige Wirbelstrukturen und instationäre Ablösevorgänge eine große Rolle. Neben statistischen Rechenmodellen werden deshalb zunehmend auch Large-Eddy-Simulationsmethoden eingesetzt.
Werkofen in Halle.jpg (324459 Byte) Berechnung der Innenraumströmung um einen Werkofen in einer Halle mit zwei Abluftventilatoren und einer Frischluftschleuse; dargestellt werden wandnahe Strömungsgeschwindigkeiten und derTemperaturverlauf in einer ausgewählten Schnittebene (FLOVENT-Software).


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