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Hydraulik I

Hydraulik I. W. Kinzelbach. Gerinneströmung (2) (mit Reibung). Reibungsbehaftete Strömung: Begriffe (1). Reibungsbehaftete Strömung: Begriffe (2). Spez. Energiehöhe. Energiehöhe. Sohlgefälle. Energieliniengefälle. Wasserspiegelgefälle. Normalabfluss (1).

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Hydraulik I

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Presentation Transcript

  1. Hydraulik I W. Kinzelbach Gerinneströmung (2) (mit Reibung)

  2. Reibungsbehaftete Strömung: Begriffe (1)

  3. Reibungsbehaftete Strömung: Begriffe (2) Spez. Energiehöhe Energiehöhe Sohlgefälle Energieliniengefälle Wasserspiegelgefälle

  4. Normalabfluss (1) Stationärer, gleichförmiger Abfluss, bei dem die antreibende Kraft (Hangabtriebskomponente des Fluidgewichts) mit der Reibungskraft aus der Sohlschubspannung im Gleichgewicht steht. Gleichförmiger Abfluss

  5. Normalabfluss (2) Impulssatz S1=S2 tom=Mittelwert der Sohlschubspannung t Lu= benetzter Umfang

  6. Hydraulischer Radius rhy=A/Lu Fläche benetzter Umfang hydraulischer Radius pd2/4 pd d/4

  7. Fliessformel für Normalabfluss (1) Verlustformel für das rauhe Rohr (Re sehr gross) Rohrdurchmesser durch 4*rhy ersetzt: und Fliessgesetz nach Darcy-Weissbach

  8. Fliessformel für Normalabfluss (2) liefern unter Verwendung der Näherungsformel die Manning-Strickler-Formel kst hat die Dimension m1/3/s kst hängt mit der äquivalen- ten Sandrauhigkeit k zusammen über

  9. Rauhigkeitsbeiwerte für Gerinne kst in m1/3/s Beispiele: Flussbett mit fester Sohle 40 Flussbett mit Geröll 30 Wildbach 20 Erdkanal in festem Material glatt 60 Mauerwerk 60 Zementglattstrich 100 Grobe Betonauskleidung 55 Geschliffener Zementputz 100 Glatte Gerinne weisen grosse, rauhe Gerinne kleine kst auf

  10. Diagramm zur Bestimmung der Normalabflusstiefe

  11. Normalabfluss • hN > hgr Strömender Normalabfluss • hN < hgr Schiessender Normalabfluss • Bei gegebener Sohlrauheit (kstr) entscheidet die Sohlneigung darüber, ob sich strömender oder schiessender Normalabfluss einstellt. • Grenzgefälle: Sohlgefälle Igr derart dass hN = hgr • I0 < Igr strömender Normalabfluss • I0 > Igr schiessender Normalabfluss

  12. Hydraulisch günstige Gerinneform Bei konstanter Querschnittsfläche A ist Q am grössten, wenn Lu ein Minimum annimmt. Günstigstes Rechtecksgerinne Günstigstes Trapezgerinne

  13. Gegliederte Querschnitte • Näherung: • Manning-Strickler in jedem Teilabschnitt gültig • Wasserspiegel im Querschnitt horizontal • Energiegefälle in jedem Teilabschnitt gleich n Teildurchflussflächen

  14. Freispiegelabfluss in kreisförmigen Kanalrohren Vollfüllung: Teilfüllung:

  15. Örtliche Verluste in Gerinnen Pfeilerstau  = Verbauungsgrad = SbPfeiler/bges d0 = Formbeiwert des Pfeilers

  16. Örtliche Verluste in Gerinnen Sohlschwelle

  17. Örtliche Verluste in Gerinnen Rechenverluste a = lichter Stababstand, b=Stabdicke, b Formbeiwert 1.7-2.5, d Verlegungsgrad

  18. Kontrollbauwerke (1) Unterströmt Planschütz Segmentschütz Überströmt Messwehr Rundkroniges Wehr

  19. Kontrollbauwerke (2) Typische h-Q-Linien Günstiger für Regelung von Q Günstiger für Regelung von h

  20. Kontrollbauwerke (3) Venturi Messgerinne

  21. Scharfkantiger Überfall (1) dh b bzw.

  22. Scharfkantiger Überfall (2) m hängt von relativer Überfallhöhe ab Im linearen Bereich gilt m=0.611+0.075 h1/w

  23. Hydrodynamisch geformter Überfall

  24. Überfallbeiwerte rundkroniger Wehre

  25. Dreieckswehr Gut für kleine Abflüsse: Spreizung des Messbereichs

  26. Breitkroniges Wehr Auch für Abflussmessung geeignet!!

  27. Unterströmtes Schütz mit

  28. Abflussmessung (1) • - Auslitern • - Geschwindigkeitsmessung und Multiplikation mit • zugehörigem Fliessquerschnitt • Venturigerinne

  29. Abflussmessung (2) - Messwehre Echolot zur Bestimmung von h Q aus fester Beziehung zwischen Abfluss und Wassertiefe im Oberwasser

  30. Ungleichförmige Abflüsse

  31. Ungleichförmige Abflüsse

  32. Impulsgleichung & Kontinuitätsgleichung Rechtecksgerinne Daraus h durch Integration. Bei Strömen von unterstrom, bei Schiessen von Oberstrom her integrieren!

  33. Bsp.: Staukurve I0 < Igr

  34. Bsp.: strömend zum Wehr

  35. Bsp.: ‚frisch schiessend‘

  36. Bsp.: schiessend aber weniger steil

  37. Bsp.: schiessend, zu wenig steil

  38. Bsp.: schiessend, eingestaut

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