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Über dieses Buch

Dieses Kompendium ist sowohl als Nachschlagewerk, Formel- und Beispielsammlung für den Ingenieur im Beruf als auch als kurzes aber umfassendes Lehrbuch für Studenten des Bauingenieurwesens geeignet. Es behandelt die Grundlagen, wie sie in den Pflichtvorlesungen im Grundstudium gelehrt werden, aber auch den fortgeschrittenen Lehrstoff des Haupt- und Vertiefungsstudiums. Die Technische Hydraulik stellt dem planenden Ingenieur die hydromechanischen Berechnungsverfahren zur Verfügung, die in Wasserbau, Wasserwirtschaft, Abwassertechnik und Wasserversorgung benötigt werden. Besonders hervorzuheben an diesem Buch ist der Querschnitt durch das Gesamtgebiet und die einheitliche Behandlung des Sedimenttransports.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

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.
Ralph C. M. Schröder

2. Hydrostatische Nachweise

Zusammenfassung
Bei einer ruhenden Flüssigkeit ist in bezug auf den Flüssigkeitsdruck und seine Wirkungen von folgenden Beobachtungen auszugehen:
Der Druck in einer ruhenden Flüssigkeit ist richtungsunabhängig.
Der Druck ergibt auf einer betroffenen ebenen Fläche eine normal zu dieser orientierte Druckkraft.
Ralph C. M. Schröder

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.
Ralph C. M. Schröder

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 (3.2.1.4) maßgebend. Bei einem ebenen Vorgang, bei dem in einer der drei Koordinatenrichtungen keinerlei Änderungen vorliegen, gilt danach z.B. mit ∂/∂y = 0:
$$ \frac{{\partial {v_x}}}{{\partial x}} + \frac{{\partial {v_z}}}{{\partial z}} = 0 $$
(4.1.1)
Wegen ρ=konst kann es sich dabei sowohl um stationäre als auch um instationäre Bewegungen handeln.
Ralph C. M. Schröder

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. 5.1.1.1. 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.
Ralph C. M. Schröder

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: Das eigentlich sehr einfache Modellkonzept Potentialströmung besteht darin, daß man unterstellt, das zu untersuchende Geschwindigkeitsfeld sei mit Hilfe einer skalaren Potentialfunktion, Geschwindigkeitspotential genannt, darstellbar. Dies ist stets dann zutreffend, wenn die Strömung wirbelfrei ist, vgl. unter 4.4.
Ralph C. M. Schröder

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.
Ralph C. M. Schröder

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.
Ralph C. M. Schröder

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 (siehe unter 1.3) maßgeblich beteiligt. Diesbezüglich sind mit Abb. 9.1.1.1 die konvektiv beschleunigten, ungleichförmigen Abflußvorgänge vom gleichförmigen Abfluß zu unterscheiden.
Ralph C. M. Schröder

Backmatter

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