Technische Hydromechanik 1

Name: Technische Hydromechanik 1 | Grundlagen
Brand: DIN Media
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Grundlagen

Gerhard Bollrich(Autor*in)

DIN Media (Verlag)

8. Auflage

Erschienen am 28. Mai 2019

448 Seiten

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978-3-410-29170-1 (ISBN)

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Inhalt

Technische Hydromechanik 1 - Grundlagen
Impressum / Copyright
Autorenporträt
Vorwort zur 8. Auflage
Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis
1 Einführung
1.1 Die Bedeutung der Technischen Hydromechanik für das Bau- und Wasserwesen
1.2 Die Stellung der Technischen Hydromechanik innerhalb der Ingenieurwissenschaften
1.3 Besonderheiten und Methoden der Technischen Hydromechanik
2 Physikalische Eigenschaften des Wassers
2.1 Wasser als ideale und als reale Flüssigkeit
2.2 Dichte
2.3 Volumenänderung bei Temperaturschwankungen
2.4 Volumenelastizität und Kompressibilität
2.5 Viskosität
2.6 Oberflächenspannung und Kapillarität
2.7 Luftgehalt des Wassers, Löslichkeit von Gasen
3 Hydrostatik
3.1 Der Begriff des Drucks
3.1.1 Definition und Einheiten des Drucks und der Druckhöhe
3.1.2 Atmosphärendruck pamb
3.1.3 Bezugsdruck
3.1.4 Dampfdruck pD , Kavitation
3.2 Grundgleichungen der Hydrostatik
3.2.1 Gleichgewichtsbedingung ruhender Flüssigkeiten
3.2.2 Hydrostatische Druckverteilung
3.2.3 Niveauflächen
3.2.4 Kommunizierende Gefäße, Flüssigkeitsmanometer
3.3 Hydrostatische Druckkraft auf ebene Flächen
3.3.1 Allgemeine Ableitung
3.3.2 Symmetrische Flächen unterhalb des Wasserspiegels
3.3.3 Horizontale Bodenflächen
3.3.4 Vertikale Seitenflächen
3.3.5 Geneigte Seitenflächen
3.3.6 Aufteilung einer vertikalen Seitenfläche in horizontale Felder gleicher Belastung (Schütztafelberechnung)
3.4 Hydrostatische Druckkraft auf gekrümmte Flächen
3.4.1 Allgemeine Ableitung für räumlich gekrümmte Flächen
3.4.2 Einfach gekrümmte Flächen
3.4.2.1 Lotrecht stehende gekrümmte Flächen
3.4.2.2 In der Horizontalen gekrümmte Flächen
3.4.2.3 Kreiszylinderflächen mit horizontaler Achse
3.4.2.4 Innendruck in Rohrleitungen, Kesseln und Behältern
3.5 Hydrostatischer Auftrieb
3.5.1 Auftrieb eingetauchter Körper
3.5.2 Auftrieb bei Bauwerken oder Bauteilen
3.6 Schwimmen, Schwimmstabilität
3.6.1 Schwimmfähigkeit von Körpern
3.6.2 Schwimmstabilität
4 Hydrodynamik - Begriffe, Grundlagen und Grundgesetze
4.1 Untersuchungsobjekt der Hydrodynamik
4.2 Bahnlinie und Stromlinie
4.3 Fließfläche und Durchfluss
4.4 Laminare und turbulente Strömung, Reynoldszahl
4.5 Wirbelbewegung
4.6 Stationäre und instationäre, gleichförmige und ungleichförmige Flüssigkeitsbewegung
4.7 Kontinuitätsgesetz
4.7.1 Kontinuitätsgleichung bei eindimensionaler Betrachtungsweise
4.7.2 Kontinuitätsgleichung in orthogonalen räumlichen Koordinaten
4.7.2.1 Kontinuitätsgleichung in kartesischen Koordinaten
4.7.2.2 Kontinuitätsgleichung in Zylinder- und Kugelkoordinaten
4.7.3 Kontinuitätsgleichung in ebenen kartesischen Koordinaten
4.7.4 Integralsatz von Gauß
4.8 Energiegesetz
4.8.1 Energiegleichung bei eindimensionaler Betrachtungsweise
4.8.1.1 Reibungsfreie Flüssigkeit
4.8.1.2 Energieausgleichswerte
4.8.1.3 Strömung mit Verlusten an hydraulischer Energie
4.8.2 Bewegungsgleichungen
4.8.2.1 Bewegungsgleichung für eine reibungsfreie, inkompressible Flüssigkeit nach L. Euler
4.8.2.2 Bewegungsgleichung einer inkompressiblen Flüssigkeit unter Berücksichtigung von Verlusten an hydraulischer Energie
4.9 Impulssatz
4.9.1 Stützkraft
4.9.2 Impulsausgleichswerte
4.9.3 Anwendungsbeispiele
4.9.3.1 Hydraulischer Verlust bei plötzlicher Rohrerweiterung
4.9.3.2 Strahlverhalten an Wänden
4.9.3.3 Richtungsänderung in Druckrohrleitungen
4.9.3.4 Druckkraft auf eine angehobene Schütze
5 Stationäre Strömung in Druckrohrleitungen
5.1 Vorbemerkungen
5.2 Allgemeines Widerstandsgesetz der Druckrohrströmung
5.3 Laminare Rohrströmung
5.3.1 Fließgesetz nach Hagen und Poiseuille
5.3.2 Filtergesetz von Darcy
5.4 Turbulente Rohrströmung
5.4.1 Eigenschaften der voll ausgebildeten turbulenten Rohrströmung
5.4.2 Fließgesetz von Blasius für technisch glatte Rohre
5.4.3 Theorie der turbulenten Fließbewegung nach Prandtl
5.4.4 Rauheit und "hydraulisches Verhalten"
5.4.5 Widerstandsbeiwert ?
5.4.5.1 Hydraulisch glattes Verhalten
5.4.5.2 Hydraulisch raues Verhalten
5.4.5.3 Verhalten im Übergangsbereich
5.4.5.4 Auswertung der Widerstandsformeln
5.4.6 Nicht kreisförmige Rohrquerschnitte
5.4.7 Zusammenhang zwischen Widerstandsbeiwert und Manningbeiwert kSt
5.5 Örtliche hydraulische Verluste
5.5.1 Definition und allgemeiner Berechnungsansatz
5.5.2 Einlaufverluste
5.5.3 Verluste bei Querschnittsänderung
5.5.4 Verluste bei Richtungsänderung
5.5.5 Vereinigungs- und Verzweigungsverluste
5.5.6 Durchfluss- und Verlustbeiwerte von Armaturen
5.5.6.1 Durchfluss- und Ausflussvorgang bei Regelarmaturen
5.5.6.2 Verlustbeiwerte ? einiger Armaturen
5.5.6.3 k?-Wert von Regelarmaturen
5.5.7 Verluste durch Einbauten und umströmte Körper
5.5.8 Austrittsverluste
5.6 Methodik der hydraulischen Berechnung von Druckrohrleitungen (Einzelstränge)
5.6.1 6 Grundfälle der hydraulischen Rohrleitungsberechnung
5.6.2 Energie- und Piezometerlinie, Berechnungsansätze
Pumpen- und Turbinenleitungen
Beispiele
5.6.2.1 Druckleitungen allgemein
5.6.2.2 Heberleitungen und vertikale Druckrohrleitungen
5.6.2.3 Druckrohrleitung mit Pumpe
5.6.2.4 Druckrohrleitung mit Turbine
5.6.2.5 Beispiele
5.7 Wirtschaftliche Aspekte hydraulischer Rohrleitungsberechnungen
6 Stationäres Fließen in offenen Gerinnen
6.1 Fließformeln
6.1.1 Allgemeine Ableitung
6.1.2 Empirische Fließformeln
6.1.3 Universelle Fließformel
6.1.4 Abflussberechnung in natürlichen Fließgewässern
6.1.4.1 Unterschiedliche Querschnittsrauheit
6.1.4.2 Gegliederte Fließquerschnitte
6.1.4.3 Gerinne mit starkem Bewuchs der Vorländer
6.1.4.4 Gerinne mit vollem Bewuchs
6.1.5 Abfluss in teilgefüllten Rohrleitungen
6.2 Hydraulisch günstige Fließquerschnitte von Gerinnen
6.3 Schleppspannung und Erosionssicherheit
6.3.1 Definitionen
6.3.2 Kritische Fließgeschwindigkeit ?crit
6.3.3 Schleppspannung tcrit
6.3.4 Bewegungsbeginn bei Lockergesteinen
6.4 Strömen und Schießen
Extremalprinzip
6.4.1 Allgemeine Ableitung
6.4.2 Grenztiefe und Grenzgeschwindigkeit für verschiedene Querschnitte
6.4.2.1 Beliebige und stark gegliederte Querschnitte
6.4.2.2 Rechteckquerschnitt
6.4.2.3 Trapez- und Dreieckquerschnitt
6.4.2.4 Kreisquerschnitt
6.4.2.5 Parabelquerschnitt
6.5 Fließwechsel
6.5.1 Übergang vom Strömen zum Schießen
6.5.2 Übergang vom Schießen zum Strömen
6.5.3 Wechselsprung und überschlägliche Tosbeckenbemessung
6.5.3.1 Der ebene Wechselsprung
6.5.3.2 Überschlagsbemessung ebener Tosbecken
6.5.3.3 Der räumliche Wechselsprung
6.5.3.4 Abschätzung der Fließgeschwindigkeit ?1 am Wechselsprunganfang
6.6 Fließbewegung bei Querschnittsänderung
6.6.1 Überströmung einer positiven Sohlschwelle
6.6.2 Lokale Verluste an Querschnittsänderungen
6.6.2.1 Einlaufverluste
6.6.2.2 Negative Sohlstufe
6.6.2.3 Rechenverluste
6.6.2.4 Stauwandverlust
6.6.3 Pfeilerstau
6.6.4 Venturikanal
6.7 Stationär ungleichförmiges Fließen
6.7.1 Differenzialgleichung der Wasserspiegellinie
Bresse-Kurven
6.7.2 Analytische Berechnung der Wasserspiegellinie
6.7.3 Überschlägliche Berechnung der Staulänge
6.7.4 Schrittweise Berechnung der Wasserspiegellinie
6.7.4.1 ?h-Verfahren
6.7.4.2 ?x-Verfahren
7 Instationäre Strömungen
7.1 Druckstoß in Rohrleitungen
7.1.1 Druckstoß nach der Theorie der starren Wassersäule
7.1.2 Druckstoß nach der Theorie der elastischen Wassersäule
7.1.2.1 Grundschritt der grafischen Druckstoßermittlung
7.1.2.2 Reflexion und Transmission der Druckstoßwellen
7.1.2.2.1 Freier Wasserspiegel
7.1.2.2.2 Geschlossenes und partiell geöffnetes Regelorgan
7.1.2.2.3 Kreiselpumpe
7.1.2.2.4 Änderung der Druckwellengeschwindigkeit a entlang des Rohres
7.1.2.3 Berechnung der Druckwellengeschwindigkeit a
7.1.2.4 Berücksichtigung der hydraulischen Verluste
7.1.2.5 Berechnungsbeispiel
7.1.3 Abminderung von Druckstößen
7.2 Schwall- und Sunkwellen in offenen Gerinnen
7.2.1 Klassifizierung der Oberflächenwellen
7.2.2 Schwall und Sunk
8 Ausfluss aus Öffnungen und unter Schützen
Retention
8.1 Ausfluss aus Bodenöffnungen
8.1.1 Stationärer Ausfluss aus Bodenöffnungen
8.1.2 Instationärer Ausfluss aus Bodenöffnungen
8.2 Ausfluss aus Seitenöffnungen
8.2.1 Freier Ausfluss aus Seitenöffnungen
8.2.2 Teilweise rückgestauter Ausfluss aus Seitenöffnungen
8.3 Ausfluss unter Schützen
8.3.1 Freier Ausfluss
8.3.2 Grenze zwischen freiem und rückgestautem Ausfluss
8.3.3 Rückgestauter Ausfluss
8.4 Seerückhalt oder Retention
8.4.1 Der Mechanismus der Retention
8.4.2 Retentionsberechnung
8.4.2.1 Analytisches Verfahren der schrittweisen Näherung
8.4.2.2 Grafisches Verfahren nach Sorensen
8.4.3 Berechnung von Rückhaltebecken
9 Abfluss über Wehre und Überfälle
9.1 Einteilung der Wehre und Überfälle
9.2 Vollkommener Überfall
9.2.1 Überfallformel und Überfallcharakteristik
9.2.2 Kreisförmig oder elliptisch ausgerundete Überfallkrone
9.2.3 Standardprofil
9.2.4 Breitkroniges Wehr
9.2.5 Scharfkantige Wehre, Messwehre
9.2.6 Wehre mit beweglichen Verschlüssen
9.3 Unvollkommener Überfall
9.4 Einfluss von Pfeilern
9.5 Sonderformen von Überfällen
9.5.1 Streichwehre
9.5.2 Schachtüberfälle
9.5.3 Heberüberfälle
9.6 Druckverteilung auf dem Überfallprofil nach der Potenzialtheorie
Literaturverzeichnis
Sachwörterverzeichnis

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