Dipl.-Ing. Ivo Baselt

Institut für Wasserwesen

Hydromechanik und Wasserbau

Die hydromechanische Bemessung

eines Tiroler Wehres

Von der theoretischen Beschreibung über

das Lösen mit der pdepe – Toolbox

zur Stand-Alone-Applikation

1 MATLAB EXPO 2014

Wie bitte? Ein Tiroler Was?

• wasserbauliche Einrichtung

• Wasserfassung im alpinen

Raum bei geschiebeführenden

Gebirgsflüssen

Einsatzgebiete:

• Hochwasserentlastung

• Wasserkraftanlagen

• Bewirtschaftung

• Speicherung

• …

2 MATLAB EXPO 2014

VERANLASSUNG / MOTIVATION

Im Allgemeinen

• sind einzelne Experimente oftmals sehr aufwendig,

• können kosten- und zeitintensiv sein,

• verwenden teilweise invasive Messtechnik,

• unterliegen dem Dilemma der Modellgesetze,

• sind aber für die Kalibrierung eines

numerischen Modells notwendig.

3 MATLAB EXPO 2014

VERANLASSUNG / MOTIVATION

Im Speziellen

• ist eine Betrachtung von Kurvenströmungen in

Tiroler Wehren meist nicht notwendig,

• jedoch treten in diesem Projekt lokale

Widerstandseffekte auf und somit

• verändern Rückstaueffekte

die konventionellen theor. Ansätze.

4 MATLAB EXPO 2014

PROJEKTPHASEN

Experimente im Labor

Mathematische Theorie

Modellierung / Implementierung

Kalibrierung / Validierung

Stand – Alone - Applikation

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EXPERIMENTE IM LABOR

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MATHEMATISCHE THEORIE

zuq=s

Buh +

s

u hB+

s

h uB+

t

h B

Das 1D - Gleichungsmodell für die Wehrkanalströmung…

mit der Massen- …

Zufluss

zu

Reibung

hyd

nGravitatio

B

Turbulenz

t

Druck

gungBeschleuni llesubstantie

Beschl. konv.Beschl. lokale

qBh

u-

2d

uu λ-

s

z g-

s

uυ

ss

h g+

s

uu +

t

u

… und Impulserhaltung

xuu,t,x,s+xuu,t,x,fxx

h x

t

u xuu,t,x,c mm-

pdepe – Toolbox: Anfangs- und Randwertprobleme

für parabolisch - elliptische PDG in 1D

7 MATLAB EXPO 2014

MODELLIERUNG / IMPLEMENTIERUNG

mesh generation → Interpolation → PDE Toolbox → figure

8 MATLAB EXPO 2014

KALIBRIERUNG / VALIDIERUNG

Ermittlung des Sekundärströmungskoeffizienten a

9 MATLAB EXPO 2014

STAND – ALONE- APPLIKATION

GUIDE → App Compiler

10 MATLAB EXPO 2014

STAND – ALONE- APPLIKATION

GUIDE → App Compiler

11 MATLAB EXPO 2014

STAND – ALONE- APPLIKATION

GUIDE → App Compiler

12 MATLAB EXPO 2014

MATLAB kann bei hydromechanischen und wasserbaulichen

Projekten unterstützen.

Nach der theoretischen Modellbildung konnten verschiedene

Projektphasen mit MATLAB umgesetzt werden.

+ Implementierung der Differentialgleichungen in die pdepe – Toolbox

+ Kalibrierung des Modells mit Unterstützung

der Curve Fitting Toolbox

+ Aufbau einer grafischen Benutzeroberfläche mit GUIDE

+ Umsetzen in eine Stand-Alone-Applikation zur Weitergabe

mit dem APP COMPILER

keine zweite Software notwendig, Projektbearbeitung aus einer Hand

R E S Ü M E E

13 MATLAB EXPO 2014

Auswertung von Experimenten, Umgang mit großen Datenmengen

MATLAB und Simulink in der Lehre

Modellierung und Simulation im Energiewasserbau / Hydromechanik

A U S B L I C K

Länge: 1768 km

Q= 1,0 MBPD (1,6 MBPD)

d ca. 42in (1,07m)

ρ = 850 kg/m³

ν = 25cSt

MATLAB

Simulink

SimHydraulics

Simscape

Language

Stateflow

BTC - Pipeline

Dipl.-Ing. Ivo Baselt

Institut für Wasserwesen

Hydromechanik und Wasserbau

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit