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

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Präsentation zum Thema: "Hydraulik I Gerinneströmung (2) (mit Reibung) W. Kinzelbach."—  Präsentation transkript:

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

2 Reibungsbehaftete Strömung: Begriffe (1)

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

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

5 Normalabfluss (2) Impulssatz S 1 =S 2 om =Mittelwert der Sohlschubspannung L u = benetzter Umfang

6 Hydraulischer Radius r hy =A/L u Fläche benetzter Umfang hydraulischer Radius d 2 /4 d d/4

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

8 Fliessformel für Normalabfluss (2) liefern unter Verwendung der Näherungsformel die Manning-Strickler-Formel k st hat die Dimension m 1/3 /s k st hängt mit der äquivalen- ten Sandrauhigkeit k zusammen über

9 Rauhigkeitsbeiwerte für Gerinne Beispiele: k st in m 1/3 /s Flussbett mit fester Sohle40 Flussbett mit Geröll30 Wildbach20 Erdkanal in festem Material glatt60 Mauerwerk60 Zementglattstrich 100 Grobe Betonauskleidung55 Geschliffener Zementputz 100 Glatte Gerinne weisen grosse, rauhe Gerinne kleine k st auf

10 Diagramm zur Bestimmung der Normalabflusstiefe

11 Normalabfluss h N > h gr Strömender Normalabfluss h N < h gr Schiessender Normalabfluss Bei gegebener Sohlrauheit (k str ) entscheidet die Sohlneigung darüber, ob sich strömender oder schiessender Normalabfluss einstellt. Grenzgefälle: Sohlgefälle I gr derart dass h N = h gr –I 0 < I gr strömender Normalabfluss –I 0 > I gr schiessender Normalabfluss

12 Hydraulisch günstige Gerinneform Bei konstanter Querschnittsfläche A ist Q am grössten, wenn L u 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 Teilfüllung: Vollfüllung:

15 Örtliche Verluste in Gerinnen Pfeilerstau = Verbauungsgrad = b Pfeiler /b ges 0 = Formbeiwert des Pfeilers

16 Örtliche Verluste in Gerinnen Sohlschwelle

17 Örtliche Verluste in Gerinnen Rechenverluste a = lichter Stababstand, b=Stabdicke, Formbeiwert , Verlegungsgrad

18 Kontrollbauwerke (1) Unterströmt Überströmt MesswehrRundkroniges Wehr Segmentschütz Planschütz

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) bzw. b dh

22 Scharfkantiger Überfall (2) hängt von relativer Überfallhöhe ab Im linearen Bereich gilt h 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 Q aus fester Beziehung zwischen Abfluss und Wassertiefe im Oberwasser Echolot zur Bestimmung von h

30 Ungleichförmige Abflüsse

31

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

33 Bsp.: Staukurve I 0 < I gr

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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