Matteo Kerpen14.08.2013Ingenieurshydrologie Stationäre Strömungen in Druckrohrleitungen.
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Matteo Kerpen 14.08.2013 Ingenieurshydrologie
Stationäre Strömungen in Druckrohrleitungen
1. Einleitung2. Darcy-Weisbach-Gleichung3. Laminare Strömung
3.1 Geschwindigkeitsprofile
4. Turbulente Strömung4.1 Laminare Grenzschicht4.2 Rauheitshöhe4.3 Hydraulisch glatt4.4 Hydraulisch rau
5. Moody-Diagramm
Gliederung
Matteo Kerpen 14.08.2013 Ingenieurshydrologie
• Rohrleitungen: wichtige Transportbauwerke
• Fernleitungen, Kraftwerke & Landwirtschaft
• Bau/Auslegung: Hydraulische Kenntnisse
Einleitung
Matteo Kerpen 14.08.2013 Ingenieurshydrologie
• Wasser• Öl• Dampf• Gas• etc.
• * 1803 - † 1858
• Französischer Wasserbau-Ingenieur
• Weiterentwicklung des Pitotrohr
Henry Darcy
Matteo Kerpen 14.08.2013 Ingenieurshydrologie
• Allgemeines Widerstandsgesetz:
Darcy-Weisbach-Gleichung
Matteo Kerpen 14.08.2013 Ingenieurshydrologie
hv : Energieverlusthöhe [m]λ : Widerstandsbeiwert [-]d : Durchmesser [m]v : Geschwindigkeit [m/s]g : Erdbeschleunigung [m/s²]hv,ö : Verlusthöhen durch lokale Störungen [m]
• Re < 2320
• Geordnete Strömungen
• In Druckrohrleitungen selten
• Anwendung: Fließvorgänge im Boden (z.B. enge
Kapillarröhrchen)
Laminare Strömung
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•Verteilung der Geschwindigkeit über den Rohrdurchmesser
Geschwindigkeitsprofile
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• Re > 2320
• Querbewegungen höherer Energieverlust
• Unebenheit der Wand: Turbulenzballen
• Fließgeschwindigkeit gleichmäßiger verteilt
Turbulente Strömung
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•Wandbereich der turbulente Strömung δl [mm] als Grenzschicht
•Rauheitshöhe k [mm]: hydraulischer Versuch
Laminare Grenzschicht
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• Umkehrung der Verlusthöhenberechnung
k-Wert: Rohrstömungsexperiment
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δl >> k
• Rauheitselemente von Grenzschicht eingehüllt
• Eindeutiger Zusammenhang:
• Geschwindigkeitsprofil flacher
Hydraulisch glatt
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δl < k/4
• Rauheitselemente ragen in turbulenten Kern
•Direkter Einfluss Fließ- & Reibungsverhalten
• Widerstand abhängig vom Durchmesser
Hydraulisch rau
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Moody-Diagramm
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• Bollrich, G.: Technische Hydromechanik 1, Berlin: Verlag Bauwesen 2000•Schröder, R.; Zanke U.: Technische Hydraulik. Kompendium für den Wasserbau. 2. Aufl. Berlin; Heidelberg; New York: Springer, 2003• Fachgebiet Technische Hydraulik und Ingenieurhydrologie, Gesamthochschule Kassel, Prof. Dr.-Ing. W. Kinzelbach, Meßmethoden in Hydraulik und Hydrologie, Blatt II 5.2•www.wikipedia.de•www.wintershall.com
Quellen
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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Anhang
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Reynoldszahl:
Zusätzliche Formeln
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Fließgeschwindigkeit: λ (laminar):
Bernoulligleichung: