Versuchseinrichtung Windkanal

Seit 2001 wird am SLF im Windkanal geforscht. Der Windkanal befindet sich in Davos auf 1645 m Höhe über dem Meeresspiegel. Durch seine Lage ist er in den Wintermonaten prädestiniert für aerodynamische Untersuchungen mit Schnee. Wir analysieren, welche Windströmungen über den Schneeoberflächen charakteristisch sind und wie sie sich von Windströmungen über anderen Oberflächen unterscheiden. Weiterhin erforschen wir im Windkanal auch Schneeverfrachtungsprozesse und die natürliche Ventilation der Schneedecke, d.h. das Eindringen des Windes in die poröse Schneedecke. In den Sommermonaten stehen Analysen zu den Strömungen über Boden- und Vegetationsflächen im Mittelpunkt. Ein wichtiger Aspekt ist die Aufteilung der im Wind enthaltenen Kraft auf die Pflanzen und auf die Bodenoberfläche. Pflanzen nehmen Kraft aus dem Wind heraus und reduzieren dabei die direkt auf die Bodenoberfläche wirkende Kraft. Dadurch werden Winderosionsprozesse entscheidend reduziert. Die gezielte Bepflanzung von Landoberflächen zum Zwecke einer Verhinderung von Landdegradierung bzw. Verwüstung durch Erosionsreduzierung und zur Landwiedergewinnung ist ein zentraler Bestandteil unserer Forschungsaktivitäten. Näheres zu den Untersuchungen im Windkanal ist im Abschnitt Forschungsprojekte zu finden.

Unser Windkanal bietet gegenüber Feldmessungen mit Schnee, Boden und Vegetation den grossen Vorteil, dass die Untersuchungen bei kontrollierten Versuchsbedingungen durchgeführt und beliebig oft wiederholt werden können. Einzelne Einflussgrössen können gezielt geändert und deren Auswirkungen auf das Ergebnis untersucht werden. Unerwünschte Einflüsse aufgrund von zeitlich oder räumlich stark variierenden Umgebungsbedingungen sind ausgeschlossen.

Windkanalaufbau

Beim Windkanal am SLF handelt es sich um einen Open-Circuit Kanal, der saugseitig mit Windgeschwindigkeiten bis zu 20 m/s betrieben wird. Der Windkanal ist insgesamt 15 m lang und weist einen Querschnitt von 1 m Breite und ca. 1 m Höhe auf. Mittels der höhenverstellbaren Windkanaldecke können beliebige Druckgradienten in Strömungslängsrichtung realisiert werden.

Bei nahezu allen unseren Untersuchen ist es wichtig, die Eigenschaften atmosphärischer Grenzschichtströmungen nachzubilden. Dazu wird die angesaugte Luft, nachdem sie eine Kontraktionsdüse (4:1) passiert hat, über eine 4 m lange Anlaufstrecke mit Wirbelgeneratoren und Rauhigkeitselementen geführt. Im Anschluss daran wird die eigentliche 8 m lange Untersuchungsfläche überströmt. In unserem Fall wird diese Untersuchungsfläche entweder aus Schnee oder Boden, meist in Kombination mit Vegetation, gebildet. Analog zur Natur entwickelt sich hierbei oberflächennah eine von Rauhigkeit der Untersuchungsfläche abhängige Grenzschichtströmung. Am Ende der Untersuchungsfläche befindet sich die Testsektion mit der Messtechnik.

Messtechnik

Folgende Messtechniken bzw. -verfahren werden im Windkanal schwerpunktmässig eingesetzt:

• Strömungsgeschwindigkeiten

       - 2D Hitzdraht-Anemometrie (hochfrequent)
       - 2D Laser Cantilever-Anemometrie (hochfrequent), ab Winter 2009
       - 3D Ultraschall-Anemometrie (niederfrequent)
       - Flügelrad-Anemometrie (niederfrequent)
       - Prandtl-Sonden (niederfrequent)

• Sedimentmessungen

       - Feinstaubmessungen
       - mechanischer Sedimentsammler

• 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 überwacht. Je nach Versuch werden auch Bodenfeuchte und -temperatur der Untersuchungsfläche im Windkanal gemessen.

Forschungsprojekte

Laufende Projekte (1)	Projektstatus: laufende Projekte abgeschlossene Projekte Alle
Untersuchungen zur Schneeverfrachtung im SLF Grenzschichtkanal Im Grenzschichtwindkanal des SLF wird schwerpunktmässig die Verfrachtung durch Saltation untersucht. Weitere Untersuchungsaspekte umfassen die Flugbahnen der Schneepartikel, d.h. deren Austritt- und Eintrittwinkel und -Geschwindigkeiten, deren Höhen, Länge sowie Krümmung. Verfügbare Sprachen: deutsch englisch