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Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 1 3 Wassertransport 3.1 Hydromechanische Grundlagen 3.2 Abfluss unter.

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1 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 1 3 Wassertransport 3.1 Hydromechanische Grundlagen 3.2 Abfluss unter Druck 3.3 Freispiegelabfluss 3.4 Bauvorgang zur Erstellung von Rohrleitungen Wasserwesen Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Professur Siedlungswasserwirtschaft Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft

2 Kap. 3 Wassertransport© PK, Seite Hydromechanische Grundlagen 3 Wassertransport

3 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 3 Strömungsmodelle 3D, turbulent Grundlagenforschung Untersuchung lokaler Prozesse 1D, instationär, ungleichförmig Numerische Modelle der Urbanhydrologie Ereignissimulation Variantenvergleich 1D, stationär, gleichförmig Leicht verständlich und anwendbar Dimensionierung

4 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 4 Beispiel 3D Strömung Sekundärströmungen; Large Eddy Simulationen (LES)

5 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 5 Stationäre und gleichförmige Strömung Stationär Gleichförmig Kontinuität Normal- abfluss

6 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 6 Eindeutige Beziehung zwischen Abfluss und Wassertiefe Keine Hysterese Stationäre und gleichförmige Strömung

7 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 7 Energieerhaltung Referenzkote l ISIS v IEIE IPIP

8 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite Abfluss unter Druck 3 Wassertransport

9 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 9 Energieliniengefälle Reibungsverlust Strömungsgeschwindigkeit Darcy-Weisbach (Prandtl-Colebrook)

10 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 10 Reibungsbeiwert Glatter Bereich Übergangs- bereich Rauer Bereich mit der Reynoldszahl

11 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 11 Reibungsbeiwert

12 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 12 Rauhigkeitskoeffizient k S (Sandrauheit) Rohrmaterialk S Bereich (mm) neualt Steinzeug0.03 – – 3.0 PVC0.03 – – 1.50 Beton0.06 – – 6.0 Faserzement0.015 – – 6.0 Mauerwerk – guter Zustand0.6 – – 15 Mauerwerk – schlechter Zustand-15 – 30 Druckleitungen0.03 – 0.60

13 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 13 Übergangk lokal (-) 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 Lokale Verluste

14 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 14 Hazen-Williams Gleichung Empirische Gleichung für die Rohrströmung ! Geschwindigkeit R = Hydraulischer Radius I = Gefälle C = Rauheitsbeiwert 0.85 = Koeffizient

15 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite Freispiegelabfluss 3 Wassertransport

16 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 16 Freispiegelströmung Normalabflusstiefe: Gleichgewicht zwischen Reibung und Hangabtrieb Energieliniengefälle = Rohrgefälle Hydraulischer Radius für das gefüllte Rohr allgemein

17 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 17 Manning-Strickler Gleichung Voraussetzung: Normalabfluss Geschwindigkeit Abfluss Material k St (m 1/3 /s) Glas> 100 Zement80 – 100 Beton65 – 100 Mauerwerk50 – 75 Für k S /D = bis 0.01 Rauhigkeitsbeiwert, Stricklerkoeffizient

18 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 18 Teilfüllung Empirischer AnsatzFranke (1956) Geschwindigkeit Abfluss

19 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 19 Teilfüllung mit

20 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 20 Betriebs-k-Wert: k b KanaltypNormierte Schächte Spezielle Schächte Transportkanal Hauptsammelkanal Mauerwerk, Ortsbeton1.5 Keine Schächte, Druckleitungen0.25 Kombination, Annahme1 k b in mm

21 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 21

22 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 22 DN v krit I (mm) (m/s) (%o) ,48 0,50 0,56 0,67 0,76 0,84 0,98 1,12 1,24 1,34 1,44 1,54 1,62 2,72 2,04 1,51 1,45 1,40 1,37 1,31 1,26 1,24 1,20 1,18 1,16 1,14 Kritische Werte für Sedimentbildung (halbvolles Rohr)

23 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 23 Strömen und Schießen Froudezahl F h C Informationen stromab und stromauf F > 1 schießenh < h C Informationen nur stromab F = 1 kritisch h = h C minimale Energie Übergang schießen strömen Wassersprung h C ist unabhängig vom Gefälle ! h > h C flacher Kanal h < h C steiler Kanal

24 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite Bauvorgang zur Erstellung von Rohrleitungen 3 Wassertransport

25 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 25 Sicherung von Rohrgräben Ohne VerbauMit Saumbohle

26 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 26 Sicherung von Rohrgräben Waagrechter Normverbau

27 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 27 Sicherung von Rohrgräben Senkrechter Verbau

28 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 28 Mindestgrabenbreite in m (DIN EN 1610) DNverbauter Graben nicht verbauter Graben (mm)(m) > 60° 60° 225 OD – 350OD OD – 700OD OD – 1200OD OD > 1200OD OD OD = Außendurchmesser in m = Böschungswinkel gegen die Horizontale

29 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 29 Rohrgraben ohne Verbau

30 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 30 Berstlining

31 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 31 Schlauchrelining

32 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, Seite 32 Symbole A Abflussquerschnitt b Wasserspiegelbreite D Durchmesser F Froudezahl g Erdbeschleunigung h Abflusstiefe h C kritische Abflusstiefe h N Normalabflusstiefe I f Energieliniengefälle I P Druckliniengefälle I S Sohlgefälle des Rohres k b Betriebsrauheit k S Sandrauheit k St Strickler Rauhigkeitsbeiwert P benetzter Umfang p Druck Q Abfluss R Hydraulischer Radius Re Reynoldszahl t Zeit v Geschwindigkeit h E Reibungsverlust Reibungsbeiwert Kinematische Viskosität Dichte


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