Rettung der Münchner Floßlände mit Ansys CFD

Die Welle ist wunderschön gelegen mit Wiese und unter großen Bäumen am Campingplatz. Während die Surfer untereinander im Gespräch sind, verweilen viele Passanten, um dem Treiben eine Zeit lang zuzuschauen. Die Rahmenbedingungen an der Floßlände sind aber auch anderweitig optimal: Wenn die Welle steht, ist sie nahezu perfekt mit ausreichend Kraft für Surfer mit einem Körpergewicht zwischen 30 kg und 100 kg. Zudem ist sie sicher, da die Strömung wenige Meter nach der Welle in das Becken der Floßlände mündet und dadurch praktisch auf Null reduziert wird.

Diese (Surf-) Idylle mitten in der Großstadt erhielt jedoch in den letzten Jahren tiefe Risse. Denn zwischen 2005 und 2010 ist die Welle durch eingeschränkte Wassermengen und Umbaumaßnahmen stromaufwärts und -abwärts gestört worden, so dass kaum noch richtig gesurft werden kann. Mittlerweile ist die Welle nur noch eine Weißwasserwalze, die starke Turbulenzen aufweist und kaum Auftrieb hat, so dass Surfen gar nicht mehr möglich ist. Nicht zuletzt deshalb wurde im letzten Winter der Verein ‚Interessen Gemeinschaft Surfen in München e.V.‘ (IGSM) gegründet. Eines der Kernziele der Vereinsarbeit ist es, die Welle an der Floßlände wieder surfbar zu machen. In Gesprächen mit der Stadt München will der Verein nun eine Lösung finden. Dabei sind jedoch vielfältige Interessen zu berücksichtigen: Der Stadtwerke, die Strom produzieren wollen, der Bäder, denen die Strömung Angst macht, der Schwimmer, die den Flößerkanal im Sommer nutzen, der Flößer, der Kanuten und natürlich der Surfer.

Eine wichtige Rolle bei der Erzeugung einer neuen stehenden Welle spielt die Simulationssoftware Ansys CFD – zumal folgende Fixpunkte zu berücksichtigen sind: Die Welle …

• … soll mit festen Einbauten gestaltet werden.

• … darf Schwimmer, Badende, Schlauchbootfahrer etc. nicht gefährden.

• … darf die Flößer nicht behindern.

• … sollte auch für Kajakfahrer interessant sein.

• … sollte mit einer minimalen Wassermenge stabil grün sein: Q <= 9,0 m³/s.

• … sollte auch für Surfer mit hohem Gewicht (ca. 100 kg) gut surfbar sein.

Nach der Voruntersuchung zum richtigen Setup sowie zur Gitterunabhängigkeit der Lösung wurden die für die Wellenerzeugung wesentlichen Parameter systematisch variiert: Diese sind Wassermenge, Unterwasserhöhe, Stufenhöhe und die Steilheit der Rampe. Wie nach der Theorie zu erwarten, reagiert die Welle sehr sensibel auf Parameterschwankungen. Ohne entsprechende Einbauten ist es schwierig, eine stabile wie ortsstabile druckstarke Welle zu erzeugen. Mit einem relativ einfachen Keil lässt sich diese hingegen umsetzen. Der Einbau wurde erfolgreich nach der Idee des ‚virtuellen Prototypen‘ bzw. des ‚Simulation Driven Product Design‘ entwickelt. In der Praxis zeigte der Einbau in den Ländenkanal Anfang Juli, dass die Welle perfekt surfbar und die Übereinstimmung zwischen CFD-Modell und Experiment sehr zufriedenstellend ist. Wichtig ist aber vor allem, dass die Flößer mit dem Einbau gut zurecht kommen und auch Schwimmer völlig problemlos darüber hinweg gleiten.

Die Welle ist jedoch leider nicht unter allen Bedingungen grün. Sie bricht zusammen, wenn der Unterwasserstand weiter angehoben wird – was für die Flößer erfolgen muss. Deshalb werden noch weitere Berechnungen zur bestmöglichen Positionierung des Einbaus unternommen – um den Wasserstand stromabwärts weiter anheben zu können und einen magischen Ort wieder zum Leben zu erwecken. Fazit: „Mit Hilfe von CFD und FEA konnte eine Geometrie gefunden werden, welche die Zielsetzung vollständig erfüllt. Die so als ‚virtueller Prototyp‘ gestaltete und ausgelegte Welle wurde installiert und getestet“, fasst Prof. Dr.-Ing. Robert Meier-Staude von der Hochschule München zusammen. „Die Übereinstimmung der CFD Resultate mit der tatsächlich erzeugten Welle sowie bezüglich der anderen Rahmenbedingungen zur Stabilität der Welle ist hervorragend.“