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3 Wassertransport 3.1 Hydromechanische Grundlagen
Wasserwesen Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Professur Siedlungswasserwirtschaft Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft 3 Wassertransport 3.1 Hydromechanische Grundlagen 3.2 Abfluss unter Druck 3.3 Freispiegelabfluss 3.4 Bauvorgang zur Erstellung von Rohrleitungen Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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3.1 Hydromechanische Grundlagen
3 Wassertransport 3.1 Hydromechanische Grundlagen Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Strömungsmodelle 3D, turbulent 1D, instationär, ungleichförmig
Grundlagenforschung Untersuchung lokaler Prozesse 1D, instationär, ungleichförmig Numerische Modelle der Urbanhydrologie Ereignissimulation Variantenvergleich 1D, stationär, gleichförmig Leicht verständlich und anwendbar Dimensionierung Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Beispiel 3D Strömung Sekundärströmungen; Large Eddy Simulationen (LES)
Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Stationäre und gleichförmige Strömung
Normal-abfluss Stationär Gleichförmig Kontinuität Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Stationäre und gleichförmige Strömung
Eindeutige Beziehung zwischen Abfluss und Wassertiefe Keine Hysterese Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Energieerhaltung v IE IP IS Referenzkote Dl
Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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3.2 Abfluss unter Druck 3 Wassertransport
Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Darcy-Weisbach (Prandtl-Colebrook)
Energieliniengefälle Reibungsverlust Strömungsgeschwindigkeit Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Reibungsbeiwert Glatter Bereich Übergangs-bereich Rauer Bereich
mit der Reynoldszahl Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Reibungsbeiwert Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft
Kap. 3 Wassertransport
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Rauhigkeitskoeffizient kS (Sandrauheit)
Rohrmaterial k Bereich (mm) S neu alt Steinzeug 0.03 – 0.15 0.3 – 3.0 PVC 0.03 – 0.06 0.15 – 1.50 Beton 0.06 – 1.50 1.5 – 6.0 Faserzement 0.015 – 0.030 0.6 – 6.0 Mauerwerk – guter Zustand 0.6 – 6.0 3.0 – 15 Mauerwerk – schlechter Zustand - 15 – 30 Druckleitungen 0.03 – 0.60 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Lokale Verluste Übergang k (-) Rohreintritt (scharfkantig) 0.50
Rohreintritt (angerundet) 0.25 Rohreintritt (trompetenförmig) 0.05 Rohraustritt (abrupt) 1.0 90° Krümmer (scharf) 1.0 90° Krümmer (weit) 0.2 Schacht, gerade (Teilfüllung) < 0.1 Schacht, gerade (eingestaut) 0.15 Schacht mit 30° Krümmung (eingestaut) 0.5 Schacht mit 60° Krümmung (eingestaut) 1.0 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Hazen-Williams Gleichung
Empirische Gleichung für die Rohrströmung ! Geschwindigkeit R = Hydraulischer Radius I = Gefälle C = Rauheitsbeiwert 0.85 = Koeffizient Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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3.3 Freispiegelabfluss 3 Wassertransport
Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Freispiegelströmung Normalabflusstiefe:
Gleichgewicht zwischen Reibung und Hangabtrieb Energieliniengefälle = Rohrgefälle Hydraulischer Radius allgemein für das gefüllte Rohr Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Manning-Strickler Gleichung
Voraussetzung: Normalabfluss Geschwindigkeit Abfluss Rauhigkeitsbeiwert, „Stricklerkoeffizient“ Für kS/D = bis 0.01 Material kSt (m1/3/s) Glas > 100 Zement 80 – 100 Beton 65 – 100 Mauerwerk 50 – 75 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Teilfüllung Empirischer Ansatz Franke (1956) Geschwindigkeit Abfluss
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Teilfüllung mit Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft
Kap. 3 Wassertransport
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Betriebs-k-Wert: kb kb in mm Kanaltyp Normierte Spezielle Schächte
Transportkanal 0.5 0.75 Hauptsammelkanal 0.75 1.5 Mauerwerk, Ortsbeton 1.5 1.5 Keine Schächte, Druckleitungen 0.25 Kombination, Annahme 1 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft
Kap. 3 Wassertransport
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Kritische Werte für Sedimentbildung (halbvolles Rohr)
DN v I krit krit (mm) (m/s) (%o) 150 0,48 2,72 200 0,50 2,04 300 0,56 1,51 400 0,67 1,45 500 0,76 1,40 600 0,84 1,37 800 0,98 1,31 1000 1,12 1,26 1200 1,24 1,24 1400 1,34 1,20 1600 1,44 1,18 1800 1,54 1,16 2000 1,62 1,14 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Strömen und Schießen Froudezahl
F < 1 strömen h > hC Informationen stromab und stromauf F > 1 schießen h < hC Informationen nur stromab F = 1 “kritisch” h = hC minimale Energie Übergang schießen strömen Wassersprung hC ist unabhängig vom Gefälle ! h > hC flacher Kanal h < hC steiler Kanal Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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3.4 Bauvorgang zur Erstellung von Rohrleitungen
3 Wassertransport 3.4 Bauvorgang zur Erstellung von Rohrleitungen Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Sicherung von Rohrgräben
Ohne Verbau Mit Saumbohle Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Sicherung von Rohrgräben
Waagrechter Normverbau Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Sicherung von Rohrgräben
Senkrechter Verbau Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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nicht verbauter Graben
Mindestgrabenbreite in m (DIN EN 1610) DN verbauter Graben nicht verbauter Graben (mm) (m) > 60° 60° 225 OD 225 – 350 OD 350 – 700 OD 700 – 1200 OD > 1200 OD OD = Außendurchmesser in m = Böschungswinkel gegen die Horizontale Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Rohrgraben ohne Verbau
Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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Berstlining Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft
Kap. 3 Wassertransport
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Schlauchrelining Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft
Kap. 3 Wassertransport
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Symbole A Abflussquerschnitt b Wasserspiegelbreite D Durchmesser
F Froudezahl g Erdbeschleunigung h Abflusstiefe hC kritische Abflusstiefe hN Normalabflusstiefe If Energieliniengefälle IP Druckliniengefälle IS Sohlgefälle des Rohres kb Betriebsrauheit kS Sandrauheit kSt Strickler Rauhigkeitsbeiwert P benetzter Umfang p Druck Q Abfluss R Hydraulischer Radius Re Reynoldszahl t Zeit v Geschwindigkeit hE Reibungsverlust Reibungsbeiwert Kinematische Viskosität Dichte Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap. 3 Wassertransport
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