Handbuch der Hydraulik

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1 Beuth Wissen Handbuch der Hydraulik für Wasserbau und Wasserwirtschaft Bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. Aigner, Detlef, Dr.-Ing. Bollrich, Gerhard 1. Auflage Buch. 514 S. Hardcover ISBN Format (B x L): 24,0 x 17,0 cm Weitere Fachgebiete > Technik > Werkstoffkunde, Mechanische Technologie > Hydraulik, Pneumatik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines Geschichtliche Entwicklung Formelzeichen und Einheiten in der Hydraulik Basisgrößen der SI-Einheiten Symbolverzeichnis Dezimale Vielfache von Einheiten Griechisches und kyrillisches (russisches) Alphabet, römische Ziffern und Zahlen Umrechnung von britischen und US-Einheiten in metrische Einheiten Historische und nicht mehr gebräuchliche Einheiten Umrechnungen wichtiger Einheiten 12 2 Mathematische Grundlagen in der Hydraulik, wichtige geometrische Werte Wichtige Zahlenwerte Trigonometrie Allgemeines Dreieck Rechtwinkliges Dreieck Umrechnungen der Winkelfunktionen Wichtige Funktionen Quadratische Gleichung Kubische Gleichung Newtonsches Näherungsverfahren Taylor-Reihe Exponentialfunktion Umrechnung von Gefalle und Böschungsneigung Flächenberechnung (Auswahl) Volumenberechnung (Auswahl) Geometrie von Gerinne-Querschnitten mit offenem Wasserspiegel Offene Gerinne Genormte Kanalquerschnitte bei Vollfullung nach DIN Schwerpunkt S, Flächenträgheitsmoment und Zentrifugalmoment Hydraulisch günstige Fließquerschnitte 28 3 Physikalische Größen und Einheiten Schwerebeschleunigung Corioliskraft Gezeiten Eigenschaften des Wassers Dichte 37 III

3 HANDBUCH DER HYDRAULIK Dichteveränderungen durch Beimengungen Relative Raumänderung des Wassers Dampfdruck des Wassers Viskosität von Wasser Volumenelastizität Druckwellengeschwindigkeit Oberflächenspannung und Kapillarität Materialwerte weiterer Flüssigkeiten und Gase Materialwerte von Rohrleitungen und Baustoffen Sink-, Fall- und Steiggeschwindigkeit Allgemeiner Ansatz Sink- bzw. Absetzgeschwindigkeit von Feststoffen in Wasser Fallgeschwindigkeit von Wassertropfen in Luft Steiggeschwindigkeit von Luftblasen im Wasser Druck Definition der Druck-Einheiten Atmosphärendruck Absolutdruck und Bezugsdruck Dampfdruck, Haltedruck und Kavitation Druckmessung 67 4 Hydrostatik Definitionen Hydrostatische Druckkraft auf ebene Flächen Senkrechte nflächen Konstruktive Lastaufteilung Geneigte nflächen Horizontale Bodenflächen, hydrostatisches Paradoxon Ebene Flächen unterhalb des Wasserspiegels Zerlegung der Druckkraft in horizontale und vertikale Anteile Geneigte nflächen Polygonartige Stauwand Einfach gekrümmte Stauwand Kreiszylinderflächen Innendruck von Behältern, Kesselformel Flüssigkeitsmanometer Niveauflächen Kommunizierende Gefäße Niveaufläche in gleichmäßig beschleunigten Gefäßen Niveaufläche in rotierenden Behältern Wasserspiegellage in Gerinnekrümmungen Auftrieb 99 IV

4 INHALTSVERZEICHNIS Im Wasser eingetauchte Körper Hydrostatischer Auftrieb auf Bauwerke Hydrodynamischer Auftrieb auf Bauwerke Schwimmen und Schwimmstabilität Nachweis der Schwimmfähigkeit Nachweis der Schwimmstabilität Hydraulische Presse Hydrodynamische Grundgleichungen Einführung Begriffe und Definitionen Kontinuität! Allgemeine Strömungsgleichungen Bernoulli-Gleichung Fließwechsel Wellenausbreitung Flachwassergleichungen Saint-Venant-Gleichungen Abflussformeln Impuls- und Stützkräfte Ausgleichsbeiwerte Filtergesetz von Darcy Druckrohrströmung Einleitung Energie- und Drucklinie (Durchflussberechnung) Fließarten, Geschwindigkeitsprofile und Reibungsbeiwert Laminare Rohrströmung Turbulente Rohrströmung Reibungsbeiwert im turbulenten Bereich Absolute und relative hydraulische Rauheit Q-d-I-Tafeln zur Durchflussermittlung Druckrohrsortiment nach DIN (Auswahl) Nicht kreisförmige Querschnitte Verkrustung und Alterung von Rohren Örtliche Verluste in Rohrleitungselementen und Armaturen Verluste durch Querschnittsänderungen Verluste durch Richtungsänderungen Einlaufverluste Auslaufverluste Vereinigungsverluste Verzweigungsverluste 184 V

5 HANDBUCH DER HYDRAULIK Integraler Verlustbeiwert der Rohrverzweigung Verluste an Armaturen Lufteinschluss und Teilfüllung Wasserabzug und Wasserverteilung Stromvereinigung Wasserabzug mit gelochten Rohren Stromtrennung Wasserverteilung Pumpen- und Turbinenleitungen Pumpenleitungen Pumpensonderform: Druckluftheber Turbinenleitungen Hydraulik der Pumpspeicherung Hydraulische Berechnung von Rohrnetzen Wirtschaftliche Fließgeschwindigkeit und wirtschaftlicher Durchmesser Netzaufbau Hydraulische Kennlinien Berechnungsregeln Berechnungsverfahren Druckstoß Ursachen und Phänomene Berechnungsansätze Druckstoßverminderung Freispiegelströmung Allgemeines, Begriffe Fließformeln Fließformel nach Gauckler-Manning-Strickler (GMS-Formel) Fließformel nach Darcy und Weisbach Einfluss der Querschnittsformen auf die Abflussberechnung Abflusskurven Abfluss in teilgefiillten, geschlossenen Leitungen Genormte Kanalquerschnitte Zuschlagen geschlossener Leitungen bei Teilfüllung Abfluss in Durchlässen unter Verkehrswegen Schießen und Strömen Der kritische Fließzustand Die Bedeutung der Froude-Zahl Hydraulische Effekte beim Fließwechsel Strömen-Schießen Der Wechselsprung (Hydraulic Jump) Ermittlung der Randbedingung ÜJ und h\ am überströmten Wehr Fließwechsel durch Verringerung des Fließquerschnittes 282 VI

6 INHALTSVERZEICHNIS Fließwechsel durch erhöhte Rauheit und Störsteine Fließwechsel an unterströmten Verschlüssen Schubspannung und Sohlbewegung Definition der Schubspannung Kritische Schubspannung und kritische Geschwindigkeit Geschiebetransport Lokale Verluste Einlaufverluste Gerinneübergänge Krümmungen Einbauten (Pfeilerstau) Stau- und Senkungslinien Instationäre Freispiegelströmungen - Schwall- und Sunkwellen Allgemeines Berechnungsansatz Schwallwelle Sunkwelle, Berechnungsansatz Schwall und Sunk im Rechteckquerschnitt Näherungsberechnungen Schwall in beliebig geformten Gerinnequerschnitten Iterative Berechnung der Sunkwellen Verformung von Schwallwellen Berechnungsbeispiel Maßnahmen zum Schwallabschlag Ausfluss aus Öffnungen und unter Schützen Bodenöffnungen nöffnung Ausfluss unter Schützen Rückgestauter Ausfluss Überfälle und Hochwasserentlastungsanlagen Einleitung Überfälle Überfallformel Überfallbeiwert Basiswert /JQ Beiwert ju\ der Zulaufgeschwindigkeit Beiwert JJ2 der Verluste durch Strahleinschnürung und Ablösung Einfluss des Strahldruckes - Beiwert fi Der unvollkommene Überfall - Beiwert ^ Einfluss der schrägen Anströmung - Beiwert ^ Einfluss von Pfeilern und neinschnürung - Beiwert ftg Rechtecküberfall Breitkroniger Überfall 346 VII

7 HANDBUCH DER HYDRAULIK Scharfkantiger Überfall Beweglicher Überfall Zylinderwehr Schmalkroniger Überfall Standardüberfall Dachwehr Schlauchwehr Dreiecküberfall Parabelüberfall Kreisüberfall Proportionalüberfall Exponentialüberfall Zusammengesetzte Messwehre Streichwehr Piano-Wehr Tiroler Wehr Heberüberfall Vergleich Heberüberfall - normaler Überfall Grenzbedingung Unterdruck im Heberscheitel Arbeitszyklus eines und mehrerer Heber Abflusssteuerung durch gestaffelte Heber Abflusssteuerung durch Belüftung des Hebers Ringförmige Überfalle Schachtüberfall Versturzleitung Wirbelfallschacht Sammelrinne Übergangsrinnen und Schussrinnen Wasserspiegellagenberechnung Luftaufnahme in Schussrinnen Stoßwellen Krümmungseinfluss Kavitation in Schussrinnen Schussrinnenbelüfter Beispiel Schussrinne Treppen und Kaskaden Wurfstrahl und Kolkbildung Tosbecken Formen des Wechselsprunges Die konjugierten Wassertiefen Der Energieverlust des einfachen Wechselsprunges 424 VIII

8 INHALTSVERZEICHNIS T osbecken Tosbeckenformen Beispiel Tosbeckenberechnung Grundablass und Entnahmeeinrichtung Wasserstrahlen Wasserstrahlen in der Luft Senkrechter Wasserstrahl in der Luft Schräger Wasserstrahl in der Luft - Wurfstrahl Wurfstrahl bei Hochwasserentlastungsanlagen Wasserstrahlen im Wasser Freistrahl in unbegrenztem Raum Umgelenkter Freistrahl Freistrahl in begrenztem Raum mit freiem Wasserspiegel Strahlausbreitung in einer Querströmung Sicker- und Grundwasserströmungen Begriffe und Definitionen Porosität Suffosion, Erosion und Kolmation Durchlässigkeitsbeiwert Filter und Filteraufbau Kapillare Steighöhe Grundwasser-Strömungsgleichungen Brunnenentnahme Ungespanntes Grundwasser Gespanntes Grundwasser Beispiel Brunnen Strom- und Potentialliniennetz Sohlwasserdruck Durchströmungeines Erddammes Hydraulischer Grundbruch Geotextile Filter Stofftransport im Grundwasser 485 Literaturverzeichnis 487 Stichwortverzeichnis 505 IX