GUNT-VERSUCHSRINNEN IM ÜBERBLICK

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1 GUNT-VERSUCHSRINNEN IM ÜBERBLICK GUNT-Versuchsrinnen eröffnen mit ihrem umfangreichen Zubehör ein breites Spektrum an Versuchen und Demonstrationen zu den Themen offene Gerinne, Fließgewässer, Wasserbau und Küstenschutz. Sie bilden die ausbaufähige Basis für kundenspezifische Untersuchungen und Forschungsarbeiten. Versuchsrinnen von GUNT sind seit Jahren weltweit erfolgreich im Einsatz. Für jede der Versuchsrinnen gibt es eine Vielzahl an Modellen zur Abflusskontrolle wie Wehre, Schwellen, Tosbecken, aber auch Wellenerzeuger, Strand elemente oder Brückenpfeiler. Technische Lösungen für Sediment zuund -abfuhr werden ebenfalls angeboten. Daneben sind speziell angepasste Messgeräte wie Wasserstandstaster, Prandtlrohr, Rohrmanometer und Geschwindigkeitsmesser erhältlich. HM 162 (12,5m) 300 HM 160 Eine nahezu identische Versuchsrinne mit dem Querschnitt 409 x 500 mm mit dem Gerätecode HM 163 ist ebenfalls verfügbar. HM 162 Das bewährte Programm: HM 160 (5m) Je nach Aufgabenstellung und örtlichen Gegebenheiten bietet GUNT drei Versuchsrinnen mit unterschiedlichem Querschnitt an: HM 160 (86x300mm), HM 162 (309x450mm) und (600x800mm). Bei zwei Versuchsrinnen stehen unterschiedliche Längen der Versuchsstrecke zur Auswahl: HM 160 mit 2,5m oder 5m und HM 162 mit Versuchsstrecken von 5m, 7,5m, 10m oder 12,5m. Dadurch kann die Länge der Versuchsstrecke in weiten Bereichen den Bedürfnissen und Möglichkeiten des Labors angepasst werden. ist die größte GUNT-Versuchsrinne und hat eine Versuchsstrecke von 16m Länge. Für den Einstieg in das Thema Strömung in offenen Gerinnen mit der Demonstration vieler Grundlagen ist HM 160 hervorragend geeignet. Die Versuchsrinne passt sogar in Vorlesungsräume, da sie im Vergleich relativ klein und kompakt ist. HM 160 mit einer Versuchsstrecke von 2,5m benötigt eine Fläche von ca. 6x4m inkl. ausreichend Platz zur Beobachtung der Versuche. Damit kann der Dozent schon während der Vorlesung Phänomene praktisch demonstrieren. Die Versuchsrinne HM 162 kann in vier verschiedenen Längen geliefert werden. Die kurze Versuchsrinne mit einer Versuchsstrecke von 5m ist besonders gut zur Demonstration geeignet und kann sehr gut auch in kleineren Laborräumen aufgebaut werden. Mit steigender Länge der Versuchsstrecke und damit besseren Zu- und Ablaufverhältnissen wächst die Nähe zu Phänomenen, wie sie in der Realität zu beobachten sind. Beispielsweise kann man bei einer Versuchsstrecke von 12,5m schon erkennen, wie weit ein Staukörper die Strömung stromaufwärts beeinflusst....von klein bis groß...von Demonstration bis Forschung Die größte GUNT-Versuchsrinne bietet durch ihre großen Dimensionen mit einem Querschnitt von 600x800mm und einer 16m langen Versuchsstrecke viele Möglichkeiten zu eigenen Forschungsprojekten. Die zu beobachtenden Phänomene gehen über die bloße Demonstration hinaus und nähern sich der Realität an. Mit bekommt man bereits einen ersten Eindruck von der Naturgewalt Wasser. 103

2 TECHNISCHE DETAILS DER GUNT-VERSUCHSRINNEN DER GESCHLOSSENE WASSERKREISLAUF DER WASSERKREISLAUF DAS ZULAUFELEMENT 1 Wasserbehälter, 2 Ablaufelement, 3 Pumpe, 4 Versuchsstrecke, 5 Regelklappe, 6 Zulaufelement; F Durchflussmesser Bei allen Versuchsrinnen ist das Zulaufelement strömungsoptimiert gestaltet, damit die Strömung beim Eintritt in die Versuchsstrecke nur wenig turbulent ist. Das Wasser tritt von unten durch einen Strömungsgleichrichter ein. Eine Dämpfungsplatte beruhigt das Wasser weiter. Die Dämpfungsplatte schwimmt auf dem Wasser und ist an einer Führung befestigt. In der Draufsicht kann man sehen, dass das Zulaufelement eine Düsenkontur hat. DIE PUMPE Alle Versuchsrinnen werden unabhängig von der laborseitigen Wasserversorgung betrieben und haben einen geschlossenen Wasserkreislauf mit Wasserbehältern, Pumpe und Durchflussmesser. Als Schutz gegen Überfüllung der Versuchsstrecke schalten Niveauschalter bei Überschreitung des maximalen Füllstands im Zu- oder Ablaufelement die Pumpe ab. 1 Dämpfungsplatte, 2 Strömungsgleichrichter, 3 Führung Draufsicht des Zulaufelements mit Stromlinien DAS ABLAUFELEMENT 1 Wasserbehälter, 2 Pumpe, 3 Schlauch, 4 Durchflussmesser Das Ablaufelement aller Versuchsrinnen enthält ein Plattenwehr. Diesem Wehr können maximal zwei Elemente entnommen werden, so dass zwei Stauhöhen zur Auswahl stehen. Wenn beide Elemente entnommen sind, entspricht es dem freien Abfluss ohne Wehr. Außerdem ist das Wehr um einen festen Punkt drehbar gelagert und kann so abgesenkt werden. Damit kann jedes beliebige Stauziel eingestellt werden (siehe Abbildungen). Die Kreiselpumpe ist bei den beiden Versuchsrinnen HM 162 und getrennt von der Versuchsstrecke auf einem eigenen Fundament montiert. Die Anbindung an die Verrohrung zum Zulaufelement erfolgt über einen Schlauch. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Schwingungsübertragung zwischen der Versuchsstrecke und der Pumpe stattfindet. Bei der kleinen Versuchsrinne HM 160 sind die auftretenden Schwingungen vernachlässigbar, so dass die Pumpe in einer Stütze der Versuchsrinne integriert ist. METHODEN ZUR EINSTELLUNG DES VOLUMENSTROMS IM ZULAUF DER VERSUCHSSTRECKE Alle Versuchsrinnen ermöglichen die Einstellung des Volumenstroms. Die Pumpe ist mit einer Regelklappe oder einem Schieber ausgestattet, der entweder manuell (HM 160, HM 162) oder elektrisch () betätigt wird, bis der gewünschte Durchfluss erreicht ist. Pumpe (HM 162) mit Ab sperrarmatur in der Saugseite (links) und Regelklappe mit manueller Betätigung in der Druckseite zur Einstellung des Durchflusses (oberhalb der Pumpe). In der Druckleitung der Pumpe sind außerdem der Schlauch und der magnetischinduktive Durchflussmesser zu sehen. Der Durchfluss wird bei HM 160 mit einem Schwebekörper- Durchflussmesser gemessen, während und HM 162 mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser ausgerüstet sind. Prinzip des Plattenwehrs mit 2 Stauhöhen: beide Elemente eingesetzt, nur unteres Element eingesetzt, max. Stauhöhe, wenn oberes Element entnommen wurde, max. Stauhöhe bei 2 eingesetzten Elementen 1 Plattenwehr, 2 einsetzbares Element Plattenwehr mit voller Stauhöhe in unterschiedlichen Positionen zur Einstellung des Stauziels im Austritt der Versuchsstrecke. Plattenwehr mit mittlerer Stauhöhe in unterschiedlichen Positionen zur Einstellung des Stauziels im Austritt der Versuchsstrecke. 105

3 TECHNISCHE DETAILS DER GUNT-VERSUCHSRINNEN KONSTRUKTIVE MERKMALE STEIFIGKEIT GEGEN VERFORMUNGEN Die Versuchsstrecke von HM 162 wird in mehreren Längen angeboten. Die dabei verwendeten Bauteile sind grundsätzlich gleich (Baukastenprinzip). Um mehrere Längen mit dem Baukastenprinzip zu realisieren und gleichzeitig eine Neigungsverstellung zu gewährleisten, wird die Versuchsrinne von einem Hilfsträger mit zwei Stützen getragen. Bei der Ausführung mit langer Versuchsstrecke werden die unvermeidlichen Verformungen durch den Hilfsträger aufgenommen. Durch die individuelle Justierbarkeit der Elemente kann die Versuchsstrecke präzise ausgerichtet werden. Die Elemente der selbsttragenden Versuchsstrecke in werden auf 4 Stützen montiert, so dass auch hier nur eine minimale Verformung stattfindet. Bei HM 160 sind die auftretenden Belastungen im Vergleich zu HM 162 klein, so dass die Verdopplung der Länge der Versuchsstrecke kein Problem für die Steifigkeit der selbsttragenden Versuchsrinne mit zwei Stützen darstellt. Seitenansicht der Versuchsstrecke: idealer Gerinneboden, Verformung des Bodens durch Biegung Draufsicht der Versuchsstrecke: ideale Kontur der Seitenwände, verformte Seitenwände Für alle Versuchsrinnen gilt: bei sorgfältigem Aufbau beträgt die maximale Abweichung 0,1% von der idealen geometrischen Form für Ebenheit und Torsion. In den Abbildungen sind die Verformungen stark vergrößert dargestellt, z.b. 0,1% von der Länge L. In den Allgemeintoleranzen für Geradheit und Ebenheit nach DIN ISO 2768 entspricht das den Toleranz klassen mittel bis fein. Die maximale Abweichung bezieht sich hier auf die Länge der Versuchsstrecke. NEIGUNGSVERSTELLUNG HM 160 Alle Versuchsrinnen sind neigbar, so dass das Gefälle stufenlos einstellbar ist. Der Gefällebereich beträgt -1/ /40. Das vorliegende Gefälle wird auf einer Skala (HM 160, HM 162) oder einer Digitalanzeige direkt abgelesen (). HM 162 HM 160 HM 162 Die Neigungsverstellung bei HM 160 erfolgt manuell und bei elektrisch. Bei HM 162 kann die Neigung wahlweise manuell oder elektrisch verstellt werden. Ab einer Versuchsstrecke von 7,5 m wird hier die elektrische Neigungsverstellung empfohlen. manuelle Neigungsverstellung bei HM 162: links: Skala, rechts: Gesamtmechanismus Träger (Steifigkeit gegen Biegung), Rahmen (Steifigkeit gegenüber Wasserdruck) feste Stütze, Hubstütze (Neigungsverstellung des Gerinnes), Versuchsstrecke, Zu- und Ablaufelement 1 geschweißter Rahmen 2 Bodenelement eines Elements der Versuchsstrecke, 3 Diagonalrippe F Kraft durch Wasserdruck manuelle Neigungsverstellung bei HM 160 elektrische Neigungsverstellung bei VERWENDETE MATERIALIEN Die Steifigkeit der Elemente der Versuchsstrecke gegen Wasserdruck wird durch die geschweißten Rahmen gewährleistet. Die Rahmen stützen die Seitenwände aus Glas. Bodenelement eines Elements der Versuchsstrecke von HM 162, verstärkt mit Diagonalrippen zur Erhöhung der Steifigkeit gegen Biegung und Torsion. Bei allen Versuchsrinnen besteht der Boden der Versuchsstrecke aus nichtrostendem Stahl. Gehärtetes Glas wird für die Seitenwände der Versuchsstrecke verwendet. Es ist kratzfest, altert nicht und verformt sich nicht. Die Wasserbehälter, Zu- und Ablaufelemente bestehen aus korrosionsbeständigem GfK (glasfaserverstärkter Kunststoff) oder Edelstahl, die Verrohrung aus PVC. Die Modelle, die in die Versuchsrinnen eingesetzt werden, bestehen aus Aluminium, nichtrostendem Stahl, PVC oder Plexiglas. 107

4 GUNT-VERSUCHSRINNEN: INSTRUMENTIERUNG Instrumententräger für HM 162 und Laboreigene Messverfahren Bei den Versuchsrinnen und HM 162 verlaufen oberhalb der Seitenwände Führungsschienen, auf denen ein Instrumententräger aufgesetzt und verfahren werden kann. Auf den Instrumententräger werden die verschiedenen Instrumente montiert, z. B. ein Wasserstandstaster oder ein Prandtlrohr. Mit Hilfe des Trägers können die Instrumente an nahezu jeden Punkt der Strömung gebracht werden. Der Träger kann während der Messungen mit Fixiervorrichtungen arretiert werden. Die Position des Trägers entlang der Versuchsstrecke wird auf einer Skala abgelesen (siehe Foto). Auf dem Träger selbst ist eine weitere Skala zur Bestimmung der Position quer zur Strömungsrichtung integriert. Bei der kleinen Versuchsrinne HM 160 ist kein Instrumententräger erforderlich, die Instrumente werden direkt auf den oberen Rand der Versuchsstrecke gesetzt und festgeklemmt. Skala entlang der Versuchs- strecke Aufbau des Instrumententrägers Instrumententräger mit Wasserstandstaster Selbstverständlich können Sie auch jederzeit Ihre laboreigenen Messverfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit wie PIV (Particle Image Velocimetry) oder Beispiel einer Druckmessung entlang der Versuchsstrecke In die 5m lange Versuchsstrecke von HM 162 wurde ein breitkroniges Wehr (HM ) und ein Planschütz (HM ) eingesetzt. Die Elemente der Versuchsstrecke von HM 162 enthalten je 10 Druckmessstellen, die gleichmäßig auf die Länge des Elements von 2,5m verteilt sind. Der Druck an diesen Messstellen wird Druckhöhe genannt und entspricht der Abflusstiefe. Die Druckhöhen werden auf der Manometertafel HM angezeigt. Bei geneigter Versuchsstrecke, also Gerinneströmung mit Gefälle, ist die Messung der Abflusstiefe über die Druckhöhe genauer als über Wasserstandstaster. LDA (Laser Doppler Anemometry) und, zur Bestimmung der Abflusstiefe, Ultraschall verwenden. Die Manometertafel HM enthält 10 Rohre. Je nach Länge der Versuchsstrecke kann man entweder ausgewählte Punkte auf einer Tafel darstellen oder mehrere Tafeln verwenden, um alle Drücke zu zeigen. Prandtlrohr HM mit Instrumententräger Wasserstandstaster HM mit Instrumententräger Strömungsgeschwindigkeit it Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit in allen Versuchsrinnen bietet GUNT zwei Verfahren an: das klassische Prandtlrohr oder einen digitalen Handgeschwindigkeitsmesser. Das Prandtlrohr HM 16x.50 misst den statischen Druck und den Gesamtdruck an einer beliebigen Stelle der Strömung. Ein digitales Druckmessgerät zeigt die Differenz der beiden Drücke an. Die Druckdifferenz entspricht dem dynamischen Druck, aus dem die Strömungsgeschwindigkeit berechnet werden kann. Das Kernelement des Geschwindigkeitsmessers HM 16x.64 ist ein Flügelrad, das sich durch die Strömung dreht. Die Drehzahl des Flügelrads ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Die Strömungsgeschwindigkeit wird direkt digital abgelesen. Abflusstiefe Zur Messung der Abflusstiefe wird der Wasserstandstaster HM 16x.52 oder HM 16x.91 mit Digitalanzeige verwendet. Die Tastspitze wird von oben zur Wasseroberfläche geführt. Geschwindigkeitsmesser HM Druckmessung Alle Versuchsrinnen sind mit Druckmessstellen im Gerinneboden ausgestattet. Die Druckmessstellen sind gleichmäßig über die Länge der Versuchsstrecke verteilt. Um diese Drücke abzulesen, werden die Druckmessstellen über Schläuche mit der optionalen Manometertafel HM 16x.53 verbunden. Dadurch kann man direkt ein Profil der Abflusstiefe über die Gesamtlänge der Versuchsstrecke auf der Manometertafel ablesen. HM 162 mit Planschütz 1, breitkronigem Wehr 2 und Manometertafel 3. Die Manometertafeln sind noch einmal vergrößert rechts zu sehen. Die Elemente der Versuchsstrecke in der Versuchsrinne HM 160 enthalten 10 Druckmessstellen auf einer Länge von 2,5m. Die Manometertafel HM enthält 10 Rohre. In der Versuchsrinne sind auf der Versuchsstrecke mit 16m Länge 48 Druckmesstellen gleichmäßig verteilt. Die Manometertafel.53 enthält 20 Rohre. Rohrmanometer HM

5 GUNT-VERSUCHSRINNEN: LABORPLANUNG In der folgenden Tabelle finden Sie den Platzbedarf aller GUNT-Versuchsrinnen inklusive der Wasserbehälter. GUNT übernimmt für Sie gern die exakte Laborplanung für die Aufstellung der Versuchsrinnen. Um größere Modelle in die Versuchsstrecken von HM 162 und vor allem von einzusetzen wird eine Hubvorrichtung empfohlen. Ein Beispiel für eine Laborplanung Hier haben Sie einige Hinweise für die Planung eines Labors, in dem eine Versuchsrinne aufgestellt werden soll: das Labor sollte im Erdgeschoss liegen der Boden muss eine ausreichende Belastungsfähigkeit aufweisen der Boden und der Sockelbereich der Wände sollte wasserfest sein die Transportwege zum und in das Labor müssen großzügig sein In der unten abgebildeten Zeichnung sehen Sie die Planung für ein Labor, das die Versuchsrinne HM 162 (10m lange Versuchsstrecke), einige andere GUNT- Geräte zur Strömungsmechanik und Arbeitsplätze für die Studierenden enthält. Die Lagerung der Modelle für HM 162 erfolgt in diesem Fall auf Tischen. Ein kleiner Schrank in der Ecke enthält Werkzeuge und kann zur Aufbewahrung von Anleitungen dienen. die Wasserversorgung und die Abflüsse müssen für größere Wassermengen dimensioniert sein die beiden größeren Versuchsrinnen HM 162 und benötigen Drehstrom. Versuchsstrecke Sedimenttransport (Sedimentfalle G, Feeder H mit Treppe) zusätzlicher Platzbedarf zur Montage A B (ohne G) C D E F G H J Höhe B (ohne H) Höhe B (mit H) erforderliche Raumhöhe HM 160 HM 162 2,5m 5,0m 5,0m 7,5m 10,0m 12,5m 16,0m 3,6m 6,1m 9,2m 11,7m 13,6m 16,0m 20,0m 0,6m 4,0m 1,5m (min. 1m) 1,5m (min. 1m) 1,5m (min. 1m) 1,1m in C inkl. 0,9m 1,35m 1,85m 2,50m 1,80m 2,90m 3,30m 2,3m mit Sedimenttransport: min. 3,9m mit Sedimenttransport: min. 4,5m Dimensionen des Labors, LxBxH: 20,00x7,60x4,00m Wasserabfluss Wasserversorgung Spannungsversorgung 230V, 50Hz, 1 Phase Spannungsversorgung 400V, 50Hz, 3 Phasen HM 162 mit 10m Versuchsstrecke, 13,00x1,00m Tisch zur Lagerung von Modellen für HM 162, 160x80cm Tisch, 120x80cm Basismodul HM 150, 120x76cm, mit unterschiedlichen Modulen Schrank 111

6 WASSERBAU BASISWISSEN GERINNESTRÖMUNG DIE GERINNESTRÖMUNG IM VERSUCH HM Planschütz HM Segmentschütz HM Heberwehr HM Rundkroniges Wehr mit 2 Wehrausläufen HM Elemente zur Energiedissipation HM Rechen HM Breitkroniges Wehr HM Keilförmiges Wehr HM Rundkroniges Wehr mit Druckmessung HM Satz Plattenwehre HM Trapezoider Kanal HM 162 mit einer Versuchsstrecke von 7,5 m HM Sohlschwelle HM Satz Pfeiler HM Parshallkanal HM Venturikanal HM Durchlass HM Gerinnesohle Kies HM Geschlossener Sedimentkreislauf Kontrollbauwerke Querschnittsänderungen (Verluste, Fließformeln) HM Schwingende Pfähle HM Satz Strände Durch eine große Auswahl an charakteristischen Modellen kann ein breites und individuelles Versuchsprogramm mit einer GUNT-Versuchsrinne gestaltet werden. Das Versuchsprogramm, das auf dieser Seite für HM 162 gezeigt wird, gilt prinzipiell für alle GUNT-Versuchsrinnen. Die Modelle der anderen GUNT-Versuchsrinnen sehen ähnlich aus. HM Wellenerzeuger HM Sedimentfalle HM Sedimentfeeder Abfl ussmessung Sonstige Versuche: u. a. Wellen, Sedimenttransport Die geeignete Instrumentierung zur Messung der Abfl usstiefe und der Fließgeschwindigkeit ist als weiteres Zubehör erhältlich. 101