Monopiles sind das Rückgrat der europäischen Offshore-Windenergie. Diese massiven Stahlkonstruktionen sind jedoch permanenten Strömungs- und Wellenkräften ausgesetzt, die am Meeresboden einen physikalischen Prozess auslösen: die Kolkbildung (Scour). Dabei wird Sediment rund um den Pfahl weggespült, was die Stabilität und die Lebensdauer der gesamten Anlage beeinflussen kann.
Die Skalierungslücke in der Forschung
Obwohl die Wissenschaft seit Jahrzehnten Formeln zur Vorhersage dieser Erosionsprozesse entwickelt, zeigt sich in der Praxis ein Problem: Modelle, die im kleinen Labormaßstab funktionieren, lassen sich oft nicht präzise auf die riesigen Dimensionen echter Windparks übertragen.
Unsere aktuelle Studie identifiziert eine der Hauptursachen für diese Ungenauigkeiten: die Vernachlässigung der Pfahl-Reynolds-Zahl (Re_D). Diese Kennzahl beschreibt das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften und bestimmt maßgeblich, wie turbulent das Wasser um das Fundament strömt. Sie beeinflusst direkt das Zusammenspiel der komplexen Wirbelsysteme (Hufeisen- und Nachlaufwirbel), die für den Abtransport des Sediments verantwortlich sind.
Neue Daten für präzisere Prognosen
Um diese Wissenslücke zu schließen, haben wir zwei neue experimentelle Datensätze mit Pfahldurchmessern von bis zu 0,57 m ausgewertet. Durch die Kombination mit bestehenden Studien entstand eine umfassende Datenbasis von über 100 Messpunkten, die einen weiten Bereich der Reynolds-Zahl abdeckt (1,4 x 10^4 bis 4,4 x 10^5).
Die Kernergebnisse unserer Untersuchung:
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Signifikante Genauigkeitssteigerung: Durch die Integration der Reynolds-Zahl in die Zeitverlauf-Gleichung (Re_D > 2,5 x 10^4) konnten wir die statistische Bestimmtheit (R²) massiv von 0,14 auf 0,70 verbessern.
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Optimierte Bemessungsformeln: Wir schlagen eine verbesserte Gleichung für die Gleichgewichtskolktiefe vor, die über den gesamten Datensatz eine Zuverlässigkeit von R² = 0,67 erreicht.
Präzisere Vorhersagemodelle erlauben es Ingenieuren, Fundamente effizienter zu bemessen. Das spart nicht nur Materialkosten beim Bau, sondern reduziert auch das Risiko unerwarteter Wartungsarbeiten. Unsere Forschung trägt dazu bei, die Schnittstelle zwischen Hydrodynamik und Geotechnik für die nächste Generation von Offshore-Anlagen abzusichern.
Vertiefende Informationen finden Sie im vollständigen Paper:
Hoballah Jalloul, M., Satari, R., Schendel, A., Welzel, M., Kerpen, N. B., Visscher, J., Neuweiler, I., Schlurmann, T. (2026). The influence of the pile Reynolds number on monopile scour prediction across experimental length scales under combined wave-current loading. Coastal Engineering, 206(104951), 104951. doi:10.1016/j.coastaleng.2026.104951
