Technische Hydromechanik 1

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Eduard Hafner
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1 Gerhard BoUrich Technische Hydromechanik 1 Grundlagen Beuth Verlag GmbH Berlin. Wien Zürich

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 Begriffdes Drucks Definition und Einheiten des Drucks und der Druckhöhe. Atmosphärendruck Pamb Bezugsdruck DampfdruckPD, 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. Horizontale Bodenflächen Vertikale Seitenflächen. Geneigte Seitenflächen Aufteilung einer vertikalen Seitenfläche in horizontale Felder gleicher Belastung (Schütztafelberechnung). Hydrostatische Druckkraft aufgekrümmte Flächen Allgemeine Ableitung für räumlich gekrümmte Flächen. Einfach gekrümmte Flächen Lotrecht stehende gekrümmte Flächen

3 INHAlTSVERZEICHNIS 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 Schwimmfahigkeit 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 ung1eichfdrmige Flüssigkeitsbewegung Kontinuitätsgesetz Kontinuitätsgleichung bei eindimensionaler Betrachtungsweise... Kontinuitätsgleichung in orthogonalen räumlichen Koordinaten... Kontinuitätsgleichung in kartesischen Koordinaten. Kontinuitätsgleichung in Zy1inder- 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 fiir eine reibungsfreie, inkompressible Flüssigkeit nach L. Euler Bewegungsgleichung einer inkompressiblen Flüssigkeit unter Berücksichtung von Verlusten an hydraulischer Energie Impulssatz Stützkraft Impulsausgleichswerte Anwendungsbeispiele. Hydraulischer Verlust bei plötzlicher Rohrerweiterung. Strahlverhalten an Wänden. Richtungsänderung in Druckrohrleitungen Druckkraft auf eine angehobene Schütze ISO

4 INHALTSVERZEICHNIS 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 A,... Hydraulisch glattes Verhalten... Hydraulisch raues Verhalten..... Verhalten im Übergangsbereich... Auswertung der Widerstandsformeln. Nicht kreisförmige Rohrquerschnitte.... Zusammenhang zwischen Widerstandsbeiwert A, 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 Annaturen... Durchfluss- und Ausflussvorgang bei Regelarmaturen Verlustbeiwerte Z; einiger Annaturen ky-wert von Regelarmaturen. Verluste durch Einbauten und umströmte Körper Austrittsverluste Methodik der hydraulischen Berechnung von Druckrohrleitungen (Einzelstränge). 6 Grundfcille der hydraulischen Rohrleitungsberechnung. Darstellung der Energie- und Piezometerlinie; Berechnungsansätze, Beispiele. Wirtschaftliche Aspekte hydraulischer Rohrleitungsberechnungen.. Stationäres Fließen in offenen Gerinnen Fließformeln Allgemeine Ableitung. Empirische Fließformeln Universelle Fließformeln. Abflussberechnung in natürlichen Fließgewässem.. Unterschiedliche Querschnittsrauheit

5 IN HAlTsVERZEICH N I Gegliederte Fließquerschnitte Gerinne mit starkem Bewuchs der Vorländer I Gerinne mit vollem Bewuchs Abfluss in teilgefüllten Rohrleitungen Hydraulisch günstige Fließquerschnitte von Gerinnen Schleppspannung und Erosionssicherheit Definitionen 260 Kritische Fließgeschwindigkeit Verit Schleppspannung "erit Bewegungsbeginn bei Lockergesteinen " 264 Strömen und Schießen; Extremalprinzip 266 Allgemeine Ableitung 266 Grenztiefe und Grenzgeschwindigkeit für verschiedene Querschnitte Beliebige und stark gegliederte Querschnitte Rechteckquerschnitt Trapez- und Dreieckquerschnitt Kreisquerschnitt Parabelquerschnitt Fließwechsel Übergang vom Strömen zum Schießen 280 Übergang vom Schießen zum Strömen 282 Wechselsprung und überschlägliche Tosbeckenbemessung Der ebene Wechselsprung Überschlagsbemessung ebener Tosbecken Der räumliche Wechselsprung 290 Abschätzung der Fließgeschwindigkeit VI am Wechselsprunganfang 293 Fließbewegung bei Querschnittsänderung Überströmung einer positiven Sohlstufe Lokale Verluste an Querschnittsänderungen Einlaufverluste Negative Sohlstufe 300 Rechenverluste Stauwandverlust Pfeilerstau Venturikanal Stationär ungleichförmiges Fließen 311 Differenzialgleichung der Wasserspiegellinie; Bresse-Kurven Analytische Berechnung der Wasserspiegellinie Überschlägige Berechnung der Staulänge Schrittweise Berechnung der Wasserspiegellinie 322!1.h-Verfahren Llx-Verfahren

6 IN HALTSVERZEICHNI Instationäre Strömungen. Druckstoß in Rohrleitungen. Druckstoß nach der Theorie der starren Wassersäule. Druckstoß nach der Theorie der elastischen WGssersäule. Grundschritt der grafischen Druckstoßennittlung 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 Abfluss über Wehre und ÜberfäJJe. Einteilung der Wehre und Überfälle. Vollkommener Überfall. Überfallfonnel und Überfallcharakteristik. Kreisfonnig oder elliptisch ausgerundete Überfallkrone Standardprofil. Breitkroniges Wehr Scharfkantige Wehre, Messwehre

7 INHALTSVERZEICHNIS Wehre mit beweglichen Verschlüssen Unvollkommener Überfall Einfluss von Pfeilern, Sonderformen von Überfällen, Streichwehre Schachtüberfälle Heberüberfälle Druckverteilung aufdem Überfallprofil nach der Potenzialtheorie Literaturverzeichnis Stichwörterverzeichnis, 445

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