Präsentation Bachelorarbeit visuellen Beobachtungen und deren Interpretation Daniel Jakob Vortrag zum 1.Flusswellenforum in München am 09.11.2013 Folie 1
Umfeld Betreuer: (Universität Innsbruck, Institut für Infrastruktur, Arbeitsbereich Wasserbau) Herr Univ. Prof.Dr. Ing. habil. Markus Aufleger Herr M.Sc. Claudio Ravazzini Gutachter MCI: (Management Center Innsbruck) Herr Ing. Ronald Stärz Verfasser: Anhand von (Management Geschwindigkeitsmessungen, Center Innsbruck) Herr Daniel Jakob Studiengang Umwelt-Verfahrens- und Biotechnik Schwerpunkt Umwelttechnik, Jahrgang 2007 Folie 2
Motivation Wellenanlagen Projekt ERICEIRA Gefahrenquellen einer zu erkennen zu erfassen zu beurteilen Seitansicht Welle im Modellversuch Folie 3
Modell im Maßstab 1:8 Fließrichtung OW Rampe UW OW... Oberwasserbereich Modell: 4,8m x 5,75m x 1,0m UW... Unterwasserbereich Folie 4
Problemstellung Walzen und Rücklaufbildung Strömungssituation im Längsschnitt, Quelle: Diplomarbeit Hass, Walzen und Rücklaufproblematik, TU München Folie 5
Ziel der Arbeit Im Modell Ermittlung der Wassergeschwindigkeiten Verhalten eines Surfers Erstellung Strömungsprofil Folie 6
Methodik Vorgehensweise Einstellung der Rampengeometrie Erfassung der Wassergeschwindigkeiten Sicherheitsbetrachtung Analyse Surfer einer Farbfadenversuch Folie 7
Welle im Modell Seitenansicht der untersuchten Welle Quelle: Eigenwerk Folie 8
Messeinrichtung Messgeräte Kleinflügel von der Firma Ott Vectrino von der Firma Nortek Quelle: Eigenwerk Quelle: Eigenwerk Folie 9
Messeinrichtung Visuelle Messmethoden Schwimmkörper Farbfadenversuch Folie 10
Schwimmkörper Größe Einheit Großausführung Modell Masse [kg] 80 0,15625 Länge Anhand von [m] Geschwindigkeitsmessungen, 1,80 0,225 Folie 11
Farbfadenversuch Folie 12
Ergebnisse Wassergeschwindigkeiten Analyse Surfer Farbfadenversuch Folie 13
Ergebnisse Wassergeschwindigkeiten für Q= 130 l/s bzw. q = 104 l/sm Minimale Wassergeschwindigkeit v M_min = 0,012 [m/s] Maximale Wassergeschwindigkeit v M_min = 1,798 [m/s] Ott-Flügel bei der Messung Folie 14
Ergebnisse Wassergeschwindigkeiten Fließrichtung Seitenansicht Geschwindigkeitsverteilung Folie 15
Ergebnisse Wassergeschwindigkeiten Geschwindigkeitsverteilung entgegen der Fließrichtung Folie 16
Übersicht Ergebnisse Analyse Surfer Surfer wird an der Wasseroberfläche mitgerissen Draufsicht der Beurteilungssituation Folie 17
Übersicht Ergebnisse Farbfadenversuch Hohe Turbulenzen im Bereich der Welle Grundwalzenbildung Seitenansicht des Strömungsverlaufs im Rampenbereich Folie 18
Zusammenfassung Grundwalze Rücklauf Wassergeschwindigkeit Wasserstand Ausrüstung (Neopren, Schwimmweste,Helm) Surfverhalten (aktive Schwimmbewegungen) Rettung vor Ort Folie 19
Präsentation Masterarbeit Analyse von stationären Wellen für den Surf- und Kajaksport Daniel Jakob Folie 20
Umfeld Betreuer: (Universität Innsbruck, Institut für Infrastruktur, Arbeitsbereich Wasserbau) Herr Univ. Prof.Dr. Ing. habil. Markus Aufleger Gutachter MCI: (Management Center Innsbruck) Herr FH-Prof. Dr. Ulrich Muschelknautz Sicherheitsbetrachtung Verfasser: einer (Management Center Innsbruck) Herr Daniel Jakob Studiengang Umwelt-Verfahrens- und Biotechnik Schwerpunkt Umwelttechnik, Jahrgang 2010 Folie 21
Problemstellung / Motivation Zunahme Surf- und Kajaksport Bedarf an Spielstellen steigt Möglichkeit : Nutzung kinetischer und potentieller Energie von Fließgewässern zur Erzeugung von stationären Wellen Folie 22
Ziel der Arbeit Welche Parameter sind notwendig um eine surfbare Welle zu erzeugen? Explizit: Welcher spezifische Abfluss wird für eine nutzbare Surfwelle benötigt? Folie 23
Abflussformen an einer negativen Sohlstufe Oberwasserstand Unterwasserstand Unterwasserstand Unterwasserstand Unterwasser stand Walze Unterwasser stand Quelle : Kandler, Rudolf. Masterarbeit - HYDRAULISCHER MODELLVERSUCH SILLMÜNDUNG-. Wien, Oktober 2008 Original: Abflussformen an negativer Sohlstufe - Zufluss u berkritisch, Abfluss unterkritisch; aus OHTSU & YASUDA (1991); Folie 24
Methodik Versuchsdurchführung Rampengeometrie Dokumentation Wellentyp Geometrie Surfwelle Folie 25
Modellaufbau Modellabmessungen: 4,8 m x 5,75m x 1,0m Folie 26
Messeinrichtung Messgeräte Stechpegel Ultra-Schall Sensoren Mikro-Messflügel Visuelle Messmethoden Fotodokumentation Mikro- Messflügel Folie 27
Rampengeometrie Seitansicht der Rampe mit diversen Neigungen Folie 28
Wellentyp OW UW D_h OW _UW Bild Beschreibung q=80 l/sm ; J 1 = 10% [cm] [cm] [cm] [-] 69,1 63 6,1 A-Jump 69,1 59 10,1 Wave-Jump 69,2 54 15,2 Undulated Jump 69,2 51 18,2 B-Jump 69,2 46 23,2 Walze Walze Folie 29
Geometrie Surfwelle Wellentyp: Wave- Jump; Rampenneigung J 1 =10 % 100 90 80 70 Z-Achse [cm] 60 50 40 30 20 Sohle J1 10% 40_[l/sm]_Wave-Jump 60_[l/sm]_Wave-Jump 10 Anhand 0 von Geschwindigkeitsmessungen, 0 50 100 150 200 visuellen Beobachtungen X- Achse [cm] und deren Interpretation Folie 31
Übertragung der Ergebnisse Ähnlichkeitsgesetz Froude`modell : Strömung mit freier Oberfläche Modellähnlichkeit wird von Schwerkraft dominiert Fr = Trägheitskraft Schwerkraft = v n g h n = v m g h m Folie 32
Übertragung der Ergebnisse 3,00 Wave-Jump - fixe Wellenhöhe spezifische Durchfluss q [m3/sm] 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Wellenhöhe 0,75 m Wellenhöhe 0,5 m 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 Rampenneigung J 1 [%] Folie 33
Übertragung der Ergebnisse 3,00 B-Jump - fixe Wellenhöhe 2,50 spezifischer Durchfluss q [m3/sm] 2,00 1,50 1,00 0,50 Wellenhöhe 0,75 m Wellenhöhe 0,5 m 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 Rampenneigung J 1 [%] Folie 34
Zusammenfassung Randbedingungen / Parameter: Geometrie Fluss Rampenneigung Strömungen (Kehrwasser,Lufteintrag etc.) Abfluss (Volumenstrom) Oberwasserstand Unterwasserstand Surfbare Welle: spezifischer Durchfluss q [m³/sm] = 1-1,5 Rampenneigung visuellen Beobachtungen J 1 [%] und deren Interpretation = 10-20 Unterschied OW zu UW Dh OW/UW [m] = 0,7 1,3 Folie 35
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Folie 36