Technische Hydromechanik Band 1. Grundlagen. 6., durchgesehene und korrigierte Auflage. Gerhard Bollrich. huss. HUSS-MEDIEN GmbH Berlin

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Eduard Glöckner
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1 Technische Hydromechanik Band 1 Grundlagen 6., durchgesehene und korrigierte Auflage Gerhard Bollrich HUSS-MEDIEN GmbH Berlin huss

2 Inhaltsverzeichnis Symbolverzeichnis Einführung Die Bedeutung der Technischen Hydromechanik für das Bau- und Wasserwesen Die Stellung der Technischen Hydromechanik innerhalb der Ingenieurwissenschaften Besonderheiten und Methoden der Technischen Hydromechanik Physikalische Eigenschaften des Wassers Wasser als ideale und als reale Flüssigkeit Dichte Volumenänderung bei Temperaturschwankungen Volumenelastizität und Kompressibilität Viskosität Oberflächenspannung und Kapillarität Luftgehalt des Wassers, Löslichkeit von Gasen Hydrostatik Der Begriff des Drucks Definition und Einheiten des Drucks und der Druckhöhe Atmosphärendruck/? am b Bezugsdruck Dampfdruck pv, Kavitation Grundgleichungen der Hydrostatik Gleichgewichtsbedingung ruhender Flüssigkeiten Hydrostatische Druckverteilung Niveauflächen Kommunizierende Gefäße, Flüssigkeitsmanometer Hydrostatische Druckkraft auf ebene Flächen Allgemeine Ableitung Symmetrische Flächen unterhalb des Wasserspiegels 52

3 8 Inhaltsverzeichnis Horizontale Bodenflächen Vertikale Seitenflächen Geneigte Seitenflächen Aufteilung einer vertikalen Seitenfläche in horizontale Felder gleicher Belastung (Schütztafelberechnung) Hydrostatische Druckkraft auf gekrümmte Flächen Allgemeine Ableitung für räumlich gekrümmte Flächen Einfach gekrümmte Flächen Lotrecht stehende gekrümmte Flächen In der Horizontalen gekrümmte Flächen Kreiszylinderflächen mit horizontaler Achse Innendruck in Rohrleitungen, Kesseln und Behältern Hydrostatischer Auftrieb Auftrieb eingetauchter Körper Auftrieb bei Bauwerken oder Bauteilen Schwimmen, Schwimmstabilität Schwimmfähigkeit von Körpern Schwimmstabilität Hydrodynamik - Begriffe, Grundlagen und Grundgesetze Untersuchungsobjekt der Hydrodynamik Bahnlinie und Stromlinie Fließfläche und Durchfluss Laminare und turbulente Strömung, Reynoldszahl Wirbelbewegung Stationäre und instationäre, gleichförmige und ungleichförmige Flüssigkeitsbewegung Kontinuitätsgesetz Kontinuitätsgleichung bei eindimensionaler Betrachtungsweise Kontinuitätsgleichung in orthogonalen räumlichen Koordinaten Kontinuitätsgleichung in kartesischen Koordinaten Kontinuitätsgleichung in Zylinder- und Kugelkoordinaten Kontinuitätsgleichung in ebenen kartesischen Koordinaten Integralsatz von Gauß Energiegesetz Energiegleichung bei eindimensionaler Betrachtungsweise Reibungsfreie Flüssigkeit Energieausgleichswerte Strömung mit Verlusten an hydraulischer Energie Bewegungsgleichungen Bewegungsgleichungen für eine reibungsfreie, inkompressible Flüssigkeit nach L. Euler...' Bewegungsgleichung einer inkompressiblen Flüssigkeit unter Berücksichtung von Verlusten an hydraulischer Energie 140

4 Inhaltsverzeichnis 4.9. Impulssatz Stützkraft Impulsausgleichswerte Anwendungsbeispiele Hydraulischer Verlust bei plötzlicher Rohrerweiterung Strahlverhalten an Wänden Richtungsänderung in Druckrohrleitungen Druckkraft auf eine angehobene Schütze Stationäre Strömung in Druckrohrleitungen Vorbemerkungen Allgemeines Widerstandsgesetz der Druckrohrströmung Laminare Rohrströmung Fließgesetz nach Hagen und Poiseuille Filtergesetz von Darcy Turbulente Rohrströmung Eigenschaften der voll ausgebildeten turbulenten Rohrströmung Fließgesetz von Blasius für technisch glatte Rohre Theorie der turbulenten Fließbewegung nach Prandtl Rauheit und hydraulisches Verhalten" Widerstandsbeiwert X Hydraulisch glattes Verhalten Hydraulisch raues Verhalten Verhalten im Übergangsbereich Auswertung der Widerstandsformeln Nicht kreisförmige Rohrquerschnitte Zusammenhang zwischen Widerstandsbeiwert X und Manningbeiwert k St Örtliche hydraulische Verluste Definition und allgemeiner Berechnungsansatz Einlaufverluste Verluste bei Querschnittsänderung Verluste bei Richtungsänderung Vereinigungs- und Verzweigungsverluste Durchfluss- und Verlustbeiwerte von Armaturen Durchfluss- und Ausflussvorgang bei Regelarmaturen Verlustbeiwerte einiger Armaturen fcy-wert von Regelarmaturen Verluste durch Einbauten und umströmte Körper Austrittsverluste Methodik der hydraulischen Berechnung von Druckrohrleitungen (Einzelstränge) Grundfälle der hydraulischen Rohrleitungsberechnung Darstellung der Energie- und Piezometerlinie; Berechnungsansätze, Beispiele Wirtschaftliche Aspekte hydraulischer Rohrleitungsberechnungen 238

5 10 Inhaltsverzeichnis 6. Stationäres Fließen in offenen Gerinnen Fließformeln Allgemeine Ableitung Empirische Fließformeln Universelle Fließformeln Abflussberechnung in natürlichen Fließgewässern Unterschiedliche Querschnittsrauheit Gegliederte Fließquerschnitte Gerinne mit starkem Bewuchs der Vorländer Gerinne mit vollem Bewuchs Abfluss in teilgefüllten Rohrleitungen Hydraulisch günstige Fließquerschnitte von Gerinnen Schleppspannung und Erosionssicherheit Definitionen Kritische Fließgeschwindigkeit v CT i t Schleppspannung r cr i t Bewegungsbeginn bei Lockergesteinen Strömen und Schießen; Extremalprinzip Allgemeine Ableitung Grenztiefe und Grenzgeschwindigkeit für verschiedene Querschnitte Beliebige und stark gegliederte Querschnitte Rechteckquerschnitt Trapez- und Dreieckquerschnitt Kreisquerschnitt Parabelquerschnitt Fließwechsel Übergang vom Strömen zum Schießen Übergang vom Schießen zum Strömen Wechselsprung und überschlägliche Tosbeckenbemessung Der ebene Wechselsprung Überschlagsbemessung ebener Tosbecken Der räumliche Wechselsprung Abschätzung der Fließgeschwindigkeit v\ am Wechselsprunganfang Fließbewegung bei Querschnittsänderung Überströmung einer positiven Sohlstufe Lokale Verluste an Querschnittsänderungen Einlaufverlust Negative Sohlstufe Rechenverluste Stauwandverlust Pfeilerstau Venturikanal Stationär ungleichförmiges Fließen Differentialgleichung der Wasserspiegellinie; Brasse-Kurven

6 Inhaltsverzeichnis Analytische Berechnung der Wasserspiegellinie Überschlägige Berechnung der Staulänge Schrittweise Berechnung der Wasserspiegellinie A/i-Verfahren Ajc-Verfahren Instationäre Strömungen Druckstoß in Rohrleitungen Druckstoß nach der Theorie der starren Wassersäule Druckstoß nach der Theorie der elastischen Wassersäule Grundschritt der grafischen Druckstoßermittlung Reflexion und Transmission der Druckstoßwellen Freier Wasserspiegel Geschlossenes und partiell geöffnetes Regelorgan Kreiselpumpe Änderung der Druckwellengeschwindigkeit a entlang des Rohres Berechnung der Druckwellengeschwindigkeit a Berücksichtigung der hydraulischen Verluste Berechnungsbeispiel Abminderung von Druckstößen Schwall- und Sunkwellen in offenen Gerinnen Klassifikation der Oberflächenwellen Schwall und Sunk Ausfluss aus Gefäßen und unter Schützen; Retention Ausfluss aus Bodenöffnungen Stationärer Ausfluss aus Bodenöffnungen Instationärer Ausfluss aus Bodenöffnungen Ausfluss aus Seitenöffnungen Freier Ausfluss aus Seitenöffnungen Teilweise rückgestauter Ausfluss aus Seitenöffnungen Ausfluss unter Schützen Freier Ausfluss Grenze zwischen freiem und rückgestautem Ausfluss Rückgestauter Ausfluss Seerückhalt oder Retention Der Mechanismus der Retention Retentionsberechnung Analytisches Verfahren der schrittweisen Näherung Grafisches Verfahren nach Sorensen Berechnung von Rückhaltebecken 394

7 12 Inhaltsverzeichnis 9. Abfluss über Wehre und Überfälle Einteilung der Wehre und Überfälle Vollkommener Überfall Überfallformel und Überfallcharakteristik Kreisförmig oder elliptisch ausgerundete Überfallkrone Standardprofil Breitkroniges Wehr Scharfkantige Wehre, Messwehre Wehre mit beweglichen Verschlüssen Unvollkommener Überfall Einfluss von Pfeilern Sonderformen von Überfällen Streichwehre Schachtüberfälle Heberüberfälle Druckverteilung auf dem Überfallprofil nach der Potentialtheorie 439 Literaturverzeichnis 447 Stichwörterverzeichnis 452

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