Ansys hilft Münchner Surfern – Die Rettung der stehenden Welle an der Floßlände

Surfen in München – was sich erst einmal paradox anhört, ist Realität: Im Englischen Garten wird auf einer stehenden Welle geritten. Eine zweite Welle etwas außerhalb war für Jahre unbrauchbar geworden; eine Lösung, wie wieder eine saubere „grüne“ Welle entsteht, konnte nun mit Hilfe der Berechnungssoftware von Ansys gefunden werden.

In München bietet sich immer wieder ein seltsamer Anblick: Mitten in der Stadt spaziert jemand im Neoprenanzug und mit einem Surfbrett unter dem Arm herum. Es handelt sich dabei nicht um geistig Verwirrte, die zu viele Beach Boys-Hits gehört haben, sondern um die Reiter der Eisbachwelle, einer stehenden Welle in einem Bach im Englischen Garten. Die Eisbachwelle ist allerdings nur für erfahrene Surfer geeignet, Anfänger wählten für ihre ersten Ritte bis vor einigen Jahren lieber die Floßlände in Thalkirchen, etwas außerhalb des Stadtkerns.

Diese Idylle mitten in der Großstadt erhielt jedoch in den letzten Jahren tiefe Risse. Denn zwischen 2005 und 2010 wurde die Welle durch eingeschränkte Wassermengen und Umbaumaßnahmen stromaufwärts und -abwärts gestört, so dass kaum noch richtig gesurft werden konnte. 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 Interessengemeinschaft 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: Die 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.

Viele Parameter – Ansys hilft

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“ beziehungsweise 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.

Optimierungspotential bleibt

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.“

Ich finde es spannend, den Einsatz unserer Produktentwicklungstools an den unglaublichsten Orten zu beobachten. Den Münchener Surfern wünsche ich Glück, dass wieder eine optimale Welle entstehen kann.