Fischtreppe – Fischaufstiegsanlage – Fischpass -Fischwanderhilfe – Fischleiter – ein Blender Test

mach:idee startet mit Blender – hat eine Weile gedauert, aber das OpenSource-Programm Blender fasziniert schon lange und bietet seit geraumer Zeit eine – auch für alte 3ds max-Hasen – nutzbare Oberfläche und… viel wichtiger: Blender läuft auch unter Linux. Und das finden wir spannend!

FAA mit Blender und RealFlow

FAA mit Blender, RealFlow und aktualisierter Geometrie

Der Übergang zwischen den einzelnen Zellen erfolgt über ein lineares Gefälle. Die Simulation wurde erneut mit RealFlow 10, SPH und unveränderten Zuströmungsbedingungen durchgeführt. Entsprechend haben sich Füllverhalten und Strömungen geändert.

FAA mit Blender, FlipFluids und aktualisierter Geometrie

• Strömungsemitter 0.25 m x 0.07 m = 0.0175 m²
• Geschwindigkeit von 1.0 m/s
• Q = 0.0175 m³/s

FlipFluid ist eine eigenständige Entwicklung und liefert mittels eines Gitter-basierten Ansatzes überzeugende Ergebnisse.

FAA mit 3ds max

Wikipedia beschreibt eine Fischtreppe wie folgt:

Eine Fischtreppe oder Fischpass (auch Fischwanderhilfe, Fischleiter, englisch fish ladder – Fischlift, in Deutschland amtlich auch Fischweg genannt) ist eine wasserbauliche Einrichtung an Fließgewässern, um Fischen im Rahmen der Fischwanderung die Überwindung von Wanderbarrieren in Form von Stauwehren, Wasserkraftanlagen und gegebenenfalls auch Wasserfällen zu ermöglichen.

Der Auslöser für den CFD-Test kam durch einen Post auf Linkedin von Matthias Mende zustande. In seinem Beitrag wurde der Prototyp eines Mäander-Fischpasses aus den 1990ern gezeigt (VHS – hat mich gefreut).

„Der Prototyp bestand damals aus geschnittenen Faserzementrohren (heute deutlich dünnere GFK-Rohre) und die Schlitze wurden noch mit Überschieblingen stufenweise nach unten verjüngt (heute gleichmässige Verjüngung Richtung Sohle). Der Beckendurchmesser betrug hier nur 1.0 m, bei einer Beckenfallhöhe von 15 cm ergibt sich so ein Rampengefälle von stolzen 30% (2 Becken nebeneinander).“ Matthias Mende

Vielen Dank fürs Veröffentlichen!

Der Fischpass war interessant und da einige Versuche mit dem Fluid-Solver von Real Flow anstanden, war dies genau das richtige Spaßprojekt um sich auch gleich mit Blender und den Schnittstellen zu Real Flow zu beschäftigen.

Die Modellierung erfolgte einmal in 3ds max und ergänzend zur Einarbeitung in Blender. Um die Geometrie der FAA CFD-kompatibel zu gestalten kam sowohl in 3ds max als auch in Blender der Topologie-Rebuilder Quad Remesher zum Einsatz. Ein schickes kleines Programm, dass sowohl für Max als auch für Blender genutzt werden kann. Weitere Infos zu QuadRemesher gibt es hier: https://exoside.com/quadremesher/

Der Durchmesser der einzelnen Zellen beträgt 0.50m, die Höhendifferenz jeweils 0.15 m, es wurden sechs Zellen mit Einlauf- und Auslaufbereich modelliert.

Die Polygonanzahl des Modells nach Überarbeitung der Topologie in 3ds max: 22.498, Render-Engine Vray 4.0 Next.

Aktualisierte Geometrie mit FlipFluids

Screenshot Blender mit aktualisierter Geometrie und FlipFluids

Screenshot 3ds max

Die Polygonanzahl des Modells nach Überarbeitung der Topologie in Blender: 22.498, Render-Engine Cycles.

Screenshot Blender

Beispiel

Interessante FAA mit dem gleichen Bauprinzip „Fischaufstiegsanlage / Mäander-Fischpass“ auf Youtube:

https://www.youtube.com/watch?v=G2CoeeohFzs von „salziges Silber“

Zur Berechnung mit Real Flow 10

Die Berechnung erfolgte mittels SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) und wurde für Fluid (Wasserkörper) und Gischt/Spritzer (Foam, Splash) berechnet. Simuliert wurde die Füllung der FAA.

Als Strömungsemitter wurde eine Fläche von 1.0 m x 0.45 m = 0.45 m² verwendet. Der sich bei einer Geschwindigkeit von 0.5 m/s ergebende Zustrom beträgt ~ 0.23 m³/s.

Die maximale Partikel-Anzahl des Wasserkörpers beträgt ~ 24 Mio. Partikel. Die Ausgabe zur Weiterbearbeitung in 3ds max und Blender erfolgte als Wasserkörper und Gischtsystem. Die Simulation selbst erfolgte im vorliegenden Fall in Real Flow 10, die erstellten Ergebnisdaten wurde mit Hilfe eines Import-Plugins in 3ds max geladen und dort mit VRay gerendert.

Für Blender wurden Wasserkörper und Gischt im Alembic-Format exportiert – kleinere Probleme mit dem Import der Gischtpartikel sind noch zu lösen.

Leider ließen sich „kleine Ausreißer“ nicht vermeiden. Aber da die Mini-Animationen Testcharakter haben, kann über Partikel die sich nicht ganz so verhalten, wie sie sollten hinweg gesehen werden.

Infos zu Real Flow: https://realflow.com/

Blender?

Fußnote zu Blender: Dies war das erste Projekt, welches mit Blender bei mach:idee realisiert wurde. Der Umgang mit Blender ist – nach ~ 25 Jahren 3ds max – gewöhnungsbedürftig, aber machbar. Viele Fragen bleiben zu klären:

• Keyframes setzen in Blender?
• Wo sind die Einstellungen?
• Wie baut man einen überzeugenden Wassershader?
• Ambient Occlusion?
• Was sind optimale Einstellungen der Render-Engine?
• V-Ray für Blender?
• uvm.

Der Aufwand hielt sich ohne große Einarbeitung in Grenzen und der Einstieg in Blender klappt. Die Datenschnittstellen funktionieren und auch die ersten Renderergebnisse sind passabel. Und tatsächlich macht Blender Spaß! Einen herzlichen Dank an eine unglaublich motivierte OpenSource Community.

Info zu Blender: https://www.blender.org/

Wir bleiben dran :-)

rm