Petzke WS10 Vorlesung1 - uni- .-physikalische Größen, Einheiten-physikalische & chemische Eigenschaften

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    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 1

    HydromechanikWS 10/11 4 SWS Vorlesung/bungen

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

    kochm@uni-kassel.de

    Daniela Petzkedpetzke@uni-kassel.deGebude 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. hdor = Wasser]

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

    Hydromechanik

    HydrostatikHydrostatikHydrostatikHydrostatik

    Lehre von den ruhenden Flssigkeitenund den sich in ihnen ausbildenden inneren Krften unter dem Einflussuerer Krfte

    HydrodynamikHydrodynamikHydrodynamikHydrodynamik

    Lehre von der Bewegungder Flssigkeiten unter demEinfluss von uerenund Trgheitskrften

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    Wasserversorgung

    The Great Man-Made River Project (Lybien)

    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 4

    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

    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 6

    Suez-Kanal (gypten)

    Verkehrswasserbau

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    Hochwasserschutz

    Hochwasserrckhaltebecken

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    Grundwassernutzung, Flussbau (Renaturierung), Kstenschutz

    Grundwasserabsenkung,Grundwassersanierung

    Flussbau (Renaturierung)

    Kstenschutz (Deich)

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    Gliederung VorlesungKapitel 0. bis 3.

    0.0.0.0. EinfEinfEinfEinfhrung, Tabellenhrung, Tabellenhrung, Tabellenhrung, Tabellen- physikalische Gren, 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, Zhigkeit, Oberflchenspannung, Wrmedehnung usw.

    2.2.2.2. HydrostatikHydrostatikHydrostatikHydrostatik- Druck (Definition, Druckhhe, hydrostatische Grundgleichung, Manometer)- hydrostatische Krfte (horizontale, vertikale, geneigte Flchen)- Auftrieb eines Krpers in Flssigkeiten

    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 Strmungen, Massenerhaltung, Bernoulli-Gleichung, Implussatz

    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 10

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

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

    6.6.6.6. GerinnestrGerinnestrGerinnestrGerinnestrmungenmungenmungenmungen- physikalische Grundprinzipien der stationren, reibungsfreien Gerinnestrmung- stationre, reibungsbehaftete Gerinnestrmung- empirische Flieformeln fr Gerinnestrmungen- Optimierung von Gerinne - Querschnitten

    Gliederung VorlesungKapitel 4. bis 6.

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    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 11

    Informationsmaterialien,Literatur

    Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, Skript, Zusammenfassung Vorlesung, Literatur, bungsaufgabenbungsaufgabenbungsaufgabenbungsaufgaben

    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 Strmungslehre. Vogel Buchverlag, Wrzburg.

    MARTIN/ POHL/ ELZE (1996):Technische Hydromechanik 3. (Aufgabensammlung). Verlag fr 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 Gren undEinheiten

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    Druck

    Energie

    Physikalische Gren undEinheiten

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    Das Wassermolekl

    Polaritt des WassermoleklsWassermolekl

    Ausbildung von Wasserstoffbrcken

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

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    (1) Dichte = 1000 [kg/m]

    (2) Wichte = g * [kg/ms bzw. N/m]

    (3) Dynamische Viskositt = 10exp-3 [Pa *s]Kinematische Viskositt = / = 10exp-6 [m/s]

    (4) Kompressibilitt = 1/V * dV/dp [1/Pa]Inkompressibilitt 1/ = E [Pa]

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

    (6) Leitfhigkeit [S, mS, S]

    (7) Aggregatzustnde: Eis, Wasser, Dampf

    temperaturabhngigeKenngren des reinen Wassers

    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 16

    temperaturabhngigeKenngren des reinen Wassers

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    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 18

    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 durchstrmt.

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    Pumpspeicherwerk Waldeckund Unterbecken

    Maschinenstze Pumpspeicherwerk

    (leereres) Oberbecken

    Beispiel Pumpspeicherwerk Waldeck

    25.10.2010 Fachbereich Geohydraulik und Ingenieurhydrologie 20

    Berechnungen Pumpspeicherwerk

    Aufgabenstellungen:Aufgabenstellungen:Aufgabenstellungen:Aufgabenstellungen:

    (1) Das Oberbecken hat eine Flche von 16.4 km. Das Wasser fliet durch Rhren in das 200m tiefer liegende Unterbecken. Um welche Hhe d senkt sich der Wasserspiegel im Oberbecken, wenn durch das Ausstrmen des Wassers in das Unterbecken die Energie von 5.1*108 KJ frei wird?

    (2) *Wie viel m Wasser muss durch die Rhre strmen, damit die Energie von 213KJ, die sie z.B. zum Kochen von 0.6L Wasser bentigen, erzeugt wird? [Rohr= 0.95; Turbine = 0.9; elek = 0.8; Hhendifferenz Ober- und Unterbecken betrgt 360m]

    *Auszug Aufgabe 8, Physikklausur Februar 2010

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    Vielen Dank fr

    Ihre Aufmerksamkeit!