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1 25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 1 Hydromechanik WS 10/11 4 SWS Vorlesung/Übungen Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. rer rer rer rer. nat. Manfred Koch . nat. Manfred Koch . nat. Manfred Koch . nat. Manfred Koch [email protected] Daniela Petzke [email protected] Gebäude Technik III/2 „Glaskasten“ 4. Etage Raum 4116 25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 2 Hy|dro-, (vor Vokalen auch:) hydr-, Hydr- [zu griech. hýdor = Wasser] Me|cha|nik,die; -, -en [lat. (ars) griech. mēchanike (téchnē) = die Kunst, Maschinen zu erfinden Hydromechanik Hydrostatik Hydrostatik Hydrostatik Hydrostatik Lehre von den ruhenden Flüssigkeiten und den sich in ihnen ausbildenden inneren Kräften unter dem Einfluss äußerer Kräfte Hydrodynamik Hydrodynamik Hydrodynamik Hydrodynamik Lehre von der Bewegung der Flüssigkeiten unter dem Einfluss von äußeren und Trägheitskräften

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25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 1

HydromechanikWS 10/11 4 SWS Vorlesung/Übungen

Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. Prof. Dr. rerrerrerrer. nat. Manfred Koch. nat. Manfred Koch. nat. Manfred Koch. nat. Manfred Koch

[email protected]

Daniela [email protected]äude Technik III/2 „Glaskasten“ 4. Etage Raum 4116

25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 2

Hy|dro-, (vor Vokalen auch:) hydr-, Hydr- [zu griech. hýdor = Wasser]

Me|cha|nik,die; -, -en [lat. (ars) griech. mēchanike (téchnē) =die Kunst, Maschinen zu erfinden

Hydromechanik

HydrostatikHydrostatikHydrostatikHydrostatik

Lehre von den ruhenden Flüssigkeitenund den sich in ihnen ausbildenden inneren Kräften unter dem Einflussäußerer Kräfte

HydrodynamikHydrodynamikHydrodynamikHydrodynamik

Lehre von der Bewegungder Flüssigkeiten unter demEinfluss von äußerenund Trägheitskräften

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Wasserversorgung

The Great Man-Made River Project (Lybien)

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Talsperre Carlsfeld (Sachsen)

mehrere Funktionen:mehrere Funktionen:mehrere Funktionen:mehrere Funktionen:EnergiegewinnungTrinkwasserHochwasserschutzNaherholungFischerei

Talsperre Edersee (Hessen)

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Drei-Schluchten-Staudamm (Jangtsekiang, China)

Wasserkraft, Verkehrswasserbau

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Suez-Kanal (Ägypten)

Verkehrswasserbau

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Hochwasserschutz

Hochwasserrückhaltebecken

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Grundwassernutzung, Flussbau (Renaturierung), Küstenschutz

Grundwasserabsenkung,Grundwassersanierung

Flussbau (Renaturierung)

Küstenschutz (Deich)

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Gliederung VorlesungKapitel 0. bis 3.

0.0.0.0. EinfEinfEinfEinfüüüührung, Tabellenhrung, Tabellenhrung, Tabellenhrung, Tabellen- physikalische Größen, Einheiten- physikalische & chemische Eigenschaften des reinen Wassers

1.1.1.1. Hydraulisch relevante Eigenschaften der Hydraulisch relevante Eigenschaften der Hydraulisch relevante Eigenschaften der Hydraulisch relevante Eigenschaften der FluideFluideFluideFluide- Dichte, Zähigkeit, Oberflächenspannung, Wärmedehnung usw.

2.2.2.2. HydrostatikHydrostatikHydrostatikHydrostatik- Druck (Definition, Druckhöhe, hydrostatische Grundgleichung, Manometer)- hydrostatische Kräfte (horizontale, vertikale, geneigte Flächen)- Auftrieb eines Körpers in Flüssigkeiten

3.3.3.3. Grundprinzip und Grundprinzip und Grundprinzip und Grundprinzip und ––––Gesetze der Hydromechanik beweglicher Gesetze der Hydromechanik beweglicher Gesetze der Hydromechanik beweglicher Gesetze der Hydromechanik beweglicher FluideFluideFluideFluide- Arten von Strömungen, Massenerhaltung, Bernoulli-Gleichung, Implussatz

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4.4.4.4. Grundlagen der Hydromechanik realer StrGrundlagen der Hydromechanik realer StrGrundlagen der Hydromechanik realer StrGrundlagen der Hydromechanik realer Ströööömungenmungenmungenmungen- hydromechanische Kennzahlen, laminare & turbulente Strömung usw. - Gesetz von HAGEN-POISEUILLE, DARCY-WEISBACH Gesetz usw.

5.5.5.5. StrStrStrStröööömungen um Kmungen um Kmungen um Kmungen um Köööörper: rper: rper: rper: FluidFluidFluidFluid---- und aerodynamische Widerstund aerodynamische Widerstund aerodynamische Widerstund aerodynamische Widerstäääändendendende- Widerstandskraft und Auftrieb, Aspekte der Grenzschichttheorie- praktische Berechnung des Widerstandes (Beiwert)

6.6.6.6. GerinnestrGerinnestrGerinnestrGerinneströööömungenmungenmungenmungen- physikalische Grundprinzipien der stationären, reibungsfreien Gerinneströmung- stationäre, reibungsbehaftete Gerinneströmung- empirische Fließformeln für Gerinneströmungen- Optimierung von Gerinne - Querschnitten

Gliederung VorlesungKapitel 4. bis 6.

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Informationsmaterialien,Literatur

Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, ÜÜÜÜbungsaufgabenbungsaufgabenbungsaufgabenbungsaufgaben

http://www.uni-kassel.de/fb14/geohydraulik/Lehre/Hydraulik/Hydromechanik.html

LiteraturLiteraturLiteraturLiteratur

BOLLRICH, G. (1996):Technische Hydromechanik 1. Verlag Bauwesen, Berlin

BOHL, W. (1987):Technische Strömungslehre. Vogel Buchverlag, Würzburg.

MARTIN/ POHL/ ELZE (1996):Technische Hydromechanik 3. (Aufgabensammlung). Verlag für Bauwesen, Berlin.

ROBERSON/ CROWE (1993):Engineering Fluid Mechanics. John Wiley Sons Inc., New York

EVETT/ LIU (1989):Fluid Mechanics & Hydraulics. McGraw-Hill Inc.

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Physikalische Größen undEinheiten

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Druck

Energie

Physikalische Größen undEinheiten

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Das Wassermolekül

Polarität des WassermolekülsWassermolekül

Ausbildung von Wasserstoffbrücken

Molekulare Packung in Wasser (links) und Eis (rechts)

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(1) Dichte ρ = 1000 [kg/m³]

(2) Wichte γ = g * ρ [kg/m²s² bzw. N/m³]

(3) Dynamische Viskosität µ = 10exp-3 [Pa *s]Kinematische Viskosität ν = µ/ ρ = 10exp-6 [m²/s]

(4) Kompressibilität ϐ = 1/V * dV/dp [1/Pa]Inkompressibilität 1/ϐ = E [Pa]

(5) Oberflächenspannung ϭ = 7.2 * 10exp-2 [N/m]

(6) Leitfähigkeit [µS, mS, S]

(7) Aggregatzustände: Eis, Wasser, Dampf

temperaturabhängigeKenngrößen des reinen Wassers

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temperaturabhängigeKenngrößen des reinen Wassers

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Beispiel Pumpspeicherwerk Waldeck

allgemeines Schema (Pumpspeicherwerk)

Pumpspeicherkraftwerk Waldeck dient der elektrischen Energieerzeugung durch Umwandlung der potentiellen Energie aus Wasser. Die Stromerzeugung geschieht durch den Einsatz einer Francis-Turbine, wobei das zuvor bergauf gepumpte Wasser mittels Fallrohre (Druckrohre) die Turbine durchströmt.

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Pumpspeicherwerk Waldeckund Unterbecken

Maschinensätze Pumpspeicherwerk

(leereres) Oberbecken

Beispiel Pumpspeicherwerk Waldeck

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Berechnungen Pumpspeicherwerk

Aufgabenstellungen:Aufgabenstellungen:Aufgabenstellungen:Aufgabenstellungen:

(1) Das Oberbecken hat eine Fläche von 16.4 km². Das Wasser fließt durch Röhren in das 200m tiefer liegende Unterbecken. Um welche Höhe d senkt sich der Wasserspiegel im Oberbecken, wenn durch das Ausströmen des Wassers in das Unterbecken die Energie von 5.1*108 KJ frei wird?

(2) *Wie viel m³ Wasser muss durch die Röhre strömen, damit die Energie von 213KJ, die sie z.B. zum Kochen von 0.6L Wasser benötigen, erzeugt wird? [ƞRohr= 0.95; ƞTurbine = 0.9; ƞelek = 0.8; Höhendifferenz Ober- und Unterbecken beträgt 360m]

*Auszug Aufgabe 8, Physikklausur Februar 2010

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