Technische Universität Dresden Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Prof. Dr. Peter Krebs Fach: Kontakt: Grundlagen Siedlungswasserwirtschaft DI Hoeft, Tel.: 463 33684, e-mail: [email protected] ÜBUNG: Hydraulik Ziel der Übung Ziel ist es das Grundwissen zur den Grundprinzipien der Gerinneströmung zu festigen und deren Anwendung auf siedlungswasserwirtschaftliche Fragestellungen zu vertiefen. Exemplarisch dazu soll nachfolgend die Bestimmung der Wasserspiegellage in einem Gerinne und die Berechnung der Fließverhältisse in einer Druckleitung durchgeführt werden. Aufgabe 1: Freispiegelabfluss Zur schadlosen Ableitung von unverschmutztem Regenwasser- (bzw. Oberflächenabfluss) aus einem Regenbecken soll ein offener Graben im Rechteckprofil zwischen einem Siedlungsgebiet (Punkt A) einer Einleitungsstelle B in ein größeres Fließgewässer gebaut werden. Die Entfernung zwischen den Punkten A und B beträgt 1000m bei einem Höhenunterschied von 1m. Für die Erstellung des offenen Grabens sollen vorgefertigte Rechteckprofile aus Beton mit einer Wandrauhheit von n = 0.02 (kSt = 50 m-1/3s-1) und einer Sohlbreite von 2m verwendet werden. Folgende Annahmen können getroffen werden. - konstantes Sohlgefälle; stabile Sohle; keine Sedimentation, Erosion - Abfluss und Fließgeschwindigkeit sind gemittelt über den Gesamtquerschnitt - Stationäre, gleichförmige Abflussverhältnisse (dQ/dt = 0 (dv/dt = 0) Normalabfluss Folgende Zusammenhänge sind für die Berechnung erforderlich: Kontinuität: Q = v * A Hydraulischer Radius (Rhy) = Fließfläche (A) / benetzter Umfang (lU) MANNING-STRICKLER: vm = kSt * Rhy2/3 * IE1/2 FROUDE-Zahl (Fr) = v * (g h)-1/2 a) wie hoch muss das Betonprofil gewählt werden, wenn der maximale Abfluss 1 m³s-1 und ein Freibord von 25 cm vorhanden sein soll?1 b) Welche Fließverhältnisse (strömend / schießend) herrschen bei Maximalabfluss vor? c) Diskutieren Sie qualitativ wie sich Maximalabfluss, Fließgeschwindigkeit vergleichsweise verändern, wenn sie anstatt eines Rechteckprofils i) ein Trapezprofil gleichen Materials verwenden und/oder ii) einen naturnahen Ausbau (unregelmäßiger Querschnitt, Bewuchs) durchführen? 1 Hinweis: die Wasserspiegellagenbestimmung kann durch Iteration oder mit Hilfe eines Gleichungslösers bestimmt werden! Aufgabe 2: Druckrohrleitung Eine Pumpstation speist in eine Trinkwasserleitung mit konstantem Druck von 5 bar ein (Messstelle an Leitungsanfang). Die geodätische Höhe des Anfangspunktes der Leitung, die einem Durchmesser D von 200mm hat, beträgt 102 m üNN. An einem Hydranten, der 5 km von der Pumpstation entfernt auf 108 m üNN liegt, wird bei einem Durchfluss von 20l s-1 eine Druckhöhe von 3 bar gemessen. a) Bestimmen Sie die Verluste in der Rohrleitung in mWS und das Energieliniengefälle! b) Bestimmen Sie den Widerstandsbeiwert (λ)! Lokale Verluste sind zu vernachlässigen. c) Welche Folgen hat ein Druckabfall in einem Trinkwasserverteilungsnetz und durch welche Maßnahmen kann einem Druckabfall entgegen gewirkt werden? Formeln: ∆hE = z1 + IE = λ ⋅ v2 p v12 p1 + − z2 − 2 − 2 2 g ρg 2 g ρg v2 2⋅ g ⋅ D Literatur - Vorlesungsunterlagen - Technische Hydromechanik Band 1 (Bollrich)
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