Hydraulik für den Wasserbau

verfasst von: Ulrich Zanke

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Die Technische Hydraulik stellt dem planenden Ingenieur die hydromechanischen Berechnungsverfahren zur Verfügung, die in Wasserbau, Wasserwirtschaft, Abwassertechnik und Wasserversorgung benötigt werden. Das Nachschlagewerk mit Formel- und Beispielsammlung für Strömungsfragen in Rohrleitungen und Gewässern zeigt in der neu bearbeitete Auflage wieder einen aktuellen Querschnitt durch das Gesamtgebiet; besonders hervorzuheben ist die einheitliche Behandlung des Sedimenttransports.

Dank der Erweiterung des Kapitels zur Gerinnehydraulik ist das Buch auch für Umweltingenieure und Geowissenschaftler von Interesse.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einführung

Zusammenfassung

Mit dem Begriff Technische Hydraulik wird im Bauingenieurwesen eine praktizierte Strömungslehre bezeichnet. In rechentechnischer Hinsicht ist ein wesentliches Merkmal dieser angewandten Hydromechanik die Vereinfachung strenger hydromechanischer Gesetzmäßigkeiten zu anwenderfreundlicheren, weniger rechenintensiven Ausdrücken. Zu diesen gehören insbesondere die sog. eindimensionalen Ansätze. Wohl mehr als 90 % aller überhaupt vorkommenden hydraulischen Berechnungsaufgaben betreffen diese Kategorie und gehören zur alltäglichen Routine des mit Strömungsproblemen befassten Ingenieurs. Trotz der bemerkenswerten Entwicklung von numerischen Verfahren in der computergestützten Hydromechanik besteht daher auch weiterhin großer Bedarf an rechenzeitsparenden Arbeitsweisen, wie sie von der Technischen Hydraulik vermittelt werden.

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Kapitel 2. Hydrostatische Nachweise

Zusammenfassung

Die Druckverteilung lässt sich auf Grund dieser Aussagen mit einer Gleichgewichtsbetrachtung an einem Flüssigkeitselement bestimmen. Im irdischen Gravitationsfeld wirkt der Summe der an den Elementflächen angreifenden Druckkräfte nur das Eigengewicht des Flüssigkeitselements entgegen. Im Ruhezustand muß Kräftegleichgewicht herrschen, so daß sich folgende Gleichgewichtsbedingungen ergeben:

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Kapitel 3. Hydromechanische Grundlagen

Zusammenfassung

Die hydromechanischen Gesetzmäßigkeiten, denen eine Flüssigkeitsbewegung folgt, bilden die Basis für die in der Technischen Hydraulik in Ansatz zu bringenden Grundgleichungen. Es ist daher zweckmäßig, der Beschreibung dieser Gleichungen eine kurze Betrachtung über deren hydromechanische Herkunft voranzustellen. Aus Gründen der Überschaubarkeit werden die benötigten hydromechanischen Bedingungen nachstehend mit Hilfe einer allgemeinen Transportbilanz dargestellt.

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Kapitel 4. Hydraulische Grundgleichungen

Zusammenfassung

In der Technischen Hydraulik werden die meisten praktisch vorkommenden Strömungsfälle als sog. ebene oder sogar als eindimensionale Vorgänge aufgefaßt. Da es sich ferner um Wasser als inkompressibles Medium handelt, ist für den quellenfreien Massen- bzw. Volumentransport (3.6) maßgebend. Bei einem ebenen Vorgang, bei dem in einer der drei Koordinatenrichtungen keinerlei Änderungen vorliegen, gilt danach z. B. mit \(\partial /\partial y=0\!: \)

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Kapitel 5. Überfall und Ausfluß

Zusammenfassung

Als normal angeströmt sei ein gerader Überfall bezeichnet, der im Grundriß rechtwinklig zur Strömungsrichtung angeordnet ist. Meist handelt es sich dabei um Wehre oder ähnliche Hochwasserentlastungsanlagen, die mehrere Wehröffnungen haben können, Abb. 5.1 Die hydraulische Berechnungsaufgabe betrifft den Zusammenhang von Q = f(h, w, b, Form,….). Sind Bauwerkshöhe w und Wehröffnungsbreite b fest gewählt, so reduziert sich die gestellte Frage im wesentlichen auf die Abhängigkeit h = f(Q) bzw. Q = f(h). Der Durchfluß Q gibt die Leistungsfähigkeit des Überfalls bei einer Überfallhöhe h an. Als Überfallhöhe wird nicht die Höhe w des Überfallbauwerks definiert, sondern die Höhe h des Oberwassers über dem Scheitel des Bauwerks.

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Kapitel 6. Potentialströmung

Zusammenfassung

Für die Untersuchung von Strömungsvorgängen können in der Technischen Hydraulik verschiedene Modelle eingesetzt werden. Ausgenommen die experimentell ausgerichteten, „echten“ Modellierungstechniken, sind mehr oder weniger alle Berechnungsmethoden der Hydraulik mathematische Modelle. Unter diesen nimmt das Modell Potentialströmung eine wichtige Stellung ein, denn es ermöglicht die Simulation von Strömungen, die ganz oder wenigstens näherungsweise ohne Energiehöhenverluste ablaufen. Welcher Platz dem Hilfsmittel Potentialströmung neben anderen Modellen für die Bearbeitung von Strömungsproblemen zukommt, zeigt folgende Übersicht:

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Kapitel 7. Grundwasserhydraulik

Zusammenfassung

Bei einer Grundwasserströmung handelt es sich um einen Strömungsvorgang in einem porösen Strömungsträger. Als Fluid steht dabei ausschließlich Wasser in Betracht, und die Durchströmung des porösen Mediums findet in einer Vielzahl von miteinander verflochtenen Porenkanälen gleichsam „mit geschlossener Wassersäule“ statt. Der Strömungsträger ist in diesem Sinne also der durchströmte Teil eines Bodens, die gesättigte Bodenzone, allgemeiner und abstrakt gesehen ein Filter.

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Kapitel 8. Rohrhydraulik

Zusammenfassung

Unter dem Begriff Rohrströmung wird grundsätzlich der Abfluss in einem Druckrohr ohne freien Wasserspiegel verstanden. Teilgefüllte Rohrleitungen führen dagegen Freispiegelabfluss, der Gegenstand der Gerinnehydraulik ist.

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Kapitel 9. Gerinnehydraulik

Zusammenfassung

Unter den Begriff Gerinneströmung fallen praktisch alle Abflussvorgänge mit freiem Wasserspiegel. Schon im stationären Abflusszustand ist daher eine außerordentliche Vielfalt der Freispiegelströmungen festzustellen. Allein schon Art und Form des Gerinnequerschnitts sind von großem Einfluss auf das Erscheinungsbild der Gerinneströmung; sie erfordern die Untersuchung von Abflüssen in Gerinnen mit kompakten oder gegliederten Querschnitten sowie als ebene Gerinneströmungen, wenn extrem große Gerinnebreiten (b → ∞) vorliegen. Im Gegensatz zu den Rohrströmungen hat man es wegen des freien Wasserspiegels mit Stromröhren zu tun, die außer den festen Berandungen (Sohle, Ufer) auch die variable Wasserspiegelfläche als Mantelfläche enthalten, d. h. die Abflussbedingungen sind an der Bildung der Stromröhre (s. unter 1.3) maßgeblich beteiligt. Diesbezüglich sind mit Abb. 9.1 die konvektiv beschleunigten, ungleichförmigen Abflussvorgänge vom gleichförmigen Abfluss zu unterscheiden.

Ulrich Zanke

Backmatter

Titel: Hydraulik für den Wasserbau
verfasst von: Ulrich Zanke
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-05489-1
Print ISBN: 978-3-642-05488-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-05489-1