Laborpraktikum Wellenauflauf und -überlauf : Versuchsdurchführung und Ergebniserfassung

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Friedrich Kurzmann
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1 LEICHTWEIß-INSTITUT FÜR WASSERBAU Abteilung Hydromechanik und Küsteningenieurwesen Professor Dr.-Ing. Hocine Oumeraci : Datum: Gruppen-Nr: Studenten/innen: Lfd. Nr. Vorname Name Matrikel - Nr Anerkannt am: Nicht anerkannt am: Unterschrift: Stand:

2 Wichtige Hinweise zur Durchführung der Versuche Für die Versuchsdurchführung ist es sinnvoll jedem Gruppenmitglied eine Teilaufgabe zuzuordnen. Nach einer gewissen Zeit sollten die Aufgaben getauscht werden, damit möglichst jedes Gruppenmitglied alle Teilaufgaben mindestens einmal durchgeführt hat. Nach jeder Störung der Wasseroberfläche durch einen Umbau, eine Welle o. a. muss solange gewartet werden bis sich der Wasserspiegel wieder beruhigt hat und glatt ist. Dies kann bis zu zehn Minuten dauern. Nutzen Sie diese Zeit möglichst sinnvoll. Die Versuche mit gleichen Deckwerken, hier Versuche 1 und 2, sowie 3 und 4, können parallel durchgeführt werden. Nachfolgend wird beispielhaft der Ablauf der einzelnen Tätigkeiten für die Versuchsdurchführung bei Versuch 1 beschrieben. Vorschlag für den zeitlichen Ablauf der einzelnen Arbeitsschritte für die Versuche: 1. Kamera aufstellen. 2. Raster in Höhe des Deckwerks anbringen. 3. Wasserspiegelhöhe kontrollieren (h=0,18m). 4. Warten bis sich das Wasser im Kanal beruhigt hat. 5. Messprogramm L~Davis starten (water depth=0,18m, test duration =180s). 6. Kamera anstellen. 7. Wellenpaddel starten. 8. Motorfrequenz einstellen. 9. Nach 150 Sekunden Wellenpaddel ausschalten. 10. Abwarten, bis die Messung beendet ist. Raum für Notizen, eventuelle Änderungen des Ablaufs: 2

3 Fragen zu Versuch 1: Deckwerk ohne Berme - Wellenauflauf In Versuch 1 ist das Deckwerk ohne Berme eingebaut. Anhand verschiedener Motorfrequenzen wird die Höhe des Wellenauflaufs gemessen. Dabei soll durch Probieren die Motorfrequenz ausgewählt werden, bei der die Wellen gerade noch nicht überlaufen. 1.1 Bei welcher Frequenz (in Hz) erhalten Sie eine Welle, die so weit wie möglich auf das Deckwerk aufläuft, ohne dabei überzulaufen? Experimentieren Sie! Motorfrequenz Hz. 1.2 Welchen Einfluss hätte ein veränderter Stroke, bei gleicher Motorfrequenz, auf die Wellen? 1.3 Wodurch wird die Wellenauflaufhöhe noch beeinflusst? 1.4 Wie verhalten sich die Wellen beim Wellenauflauf? Findet Wellenbrechen statt? Wenn ja, welche Brechertypen beobachten Sie bei der Versuchsdurchführung? Wie berechnen sie diesen? Skizzieren Sie ihn zusätzlich. 3

4 1.5 Im Anschluss an die Versuche können Sie mit den Videodokumentationen und anhand der angebrachten Schablone die Wellenauflaufhöhen ablesen. Tragen Sie diese in der folgenden Tabelle ein und bewerten Sie sie bezüglich des Wellenbrechens. Berechnen Sie zusätzlich noch die mittlere Wellenauflaufhöhe. Fügen Sie hierbei bitte exemplarisch eine Fotodokumentation hinzu. Wellenzahl Ø Wellenauflaufhöhe [cm] 1.6 Vergleichen Sie die Wellenhöhen der Pegel 1-6 bei zwei ausgewählten Frequenzen. Was schließen Sie aus den Ergebnissen in Bezug auf die Motorfrequenzänderung? Erläutern Sie ihre Ergebnisse separat, auch grafisch (z.b. mit Excel). Frequenz: H [m] Hz Wellenzahl Pegel 1 Pegel 2 Pegel 3 Pegel 4 Pegel 5 Pegel Frequenz: H [m] Hz Wellenzahl Pegel 1 Pegel 2 Pegel 3 Pegel 4 Pegel 5 Pegel

5 1.7 Welche Parameter ändern sich durch eine Motorfrequenzänderung? Beschreiben Sie diese Veränderungen beispielhaft. 1.8 Vergleichen Sie die eingestellten Motorfrequenzen mit den jeweiligen Wellenfrequenzen. Wenden Sie hierfür die Reflexionsanalyse an. Tritt ein Unterschied zwischen den Wellenfrequenzen der Pegelharfen auf? Woran könnte es liegen? Motorfrequenz [Hz] Wellenfrequenz Pegelharfe 1 [Hz] Wellenfrequenz Pegelharfe 2 [Hz] 5

6 1.9 Was können Sie aus Ihren Ergebnissen bezüglich des Wellenauflaufs schließen? 6

7 Fragen zu Versuch 2: Deckwerk ohne Berme - Wellenüberlauf Beim zweiten Laborversuch ist ebenfalls das Deckwerk ohne Berme eingebaut. Ziel dieses Versuches ist es, die Motorfrequenz zu wählen, bei der es zum Überlauf der Wellen kommt. 2.1 Bei welcher Frequenz kommt es zum eindeutigen Überlauf? Motorfrequenz Hz. 2.2 Wie groß ist der Überlauf? Fügen Sie hierbei bitte eine grafische Auswertung von L~Davis hinzu. Wellenüberlauf: l/sm 2.3 Warum ist es sinnvoll, das Wellenpaddel schon vor Beenden der Messung auszuschalten? 2.4 Warum kommt es nicht bei jeder Welle zu einem Überlauf? 7

8 Fragen zu Versuch 3: Deckwerk mit Berme Wellenauflauf Für die folgenden Versuche wird das Deckwerk mit Berme eingebaut. Wie schon bei Versuch 1 wird in diesem Teil zuerst der Wellenauflauf gemessen. Durch Probieren sollen die Motorfrequenzen ermittelt werden, bei denen ein Wellenauflauf, jedoch noch kein Wellenüberlauf stattfindet. 3.1 Bei welcher Frequenz (in Hz) erhalten Sie eine Welle, die so weit wie möglich auf das Deckwerk aufläuft, ohne dabei überzulaufen? Experimentieren Sie! Motorfrequenz Hz. 3.2 Bewerten Sie die beiden gewählten Frequenzen aus Versuch 1 und 3. Wieso sind sie unterschiedlich? 3.3 Tragen Sie in der folgenden Tabelle Ihre Wellenauflaufhöhen ein. Berechnen Sie zusätzlich noch die mittlere Wellenauflaufhöhe. Wellenzahl Ø Wellenauflaufhöhe [cm] 3.4 In Ihrem Versuch liegt der Wasserstand auf Höhe der Berme. Wie würde sich theoretisch eine positive/negative Wasserstandsänderung auf den Wellenauflauf auswirken? 8

9 Fragen zu Versuch 4: Deckwerk mit Berme - Wellenüberlauf Auch in diesem Versuch ist das Deckwerk mit Berme eingebaut. Es soll jene Motorfrequenz bestimmt werden, bei der es zu einem Wellenüberlauf kommt. 4.1 Bei welcher Frequenz kommt es zum Überlauf? Motorfrequenz Hz. 4.2 Wie groß ist der Überlauf? Fügen Sie hierbei bitte eine grafische Auswertung von L~Davis hinzu. Wellenüberlauf: l/sm 4.3 Vergleichen Sie die Wellenüberlaufrate von Versuch 2 mit Versuch 4. Was lässt sich daraus schließen? 9

10 4.4 Welche Fehlerquellen können bei der Versuchsdurchführung auftreten? Führen Sie eine kurze Fehlerdiskussion für alle Versuche durch. 10

11 Verbesserungsvorschläge, Anmerkungen, Kritik Zum Schluss möchten wir Sie um Rückmeldung zu dem Laborpraktikum bitten, um die Lehre an der TU Braunschweig noch weiter zu verbessern. Haben Sie Kommentare, Anmerkungen oder Verbesserungsvorschläge für künftige Laborpraktika? Unten haben Sie Gelegenheit dies aufzuschreiben. 11

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