Untersuchung des Ausflusses auszusammengesetzten Gefäße

Um den auf der Anwendung der Impulsbilanz basieren-den Berechnungsansatz für weitere hydraulische Anwen-dungen zu verifizieren, werden in diesem Grundlagenfor-schungsprojekt Untersuchungen der Strömungsverhältnis-se an zusammengesetzten Gefäßen durchgeführt. Die ge-wonnenen Erkenntnisse sind beispielsweise auf Blendenübertragbar. Prof. Malcherek hat die fehlerhafte Herleitungder Ausflussformel nach Torricelli im Jahr 2016 in einer viel-beachteten Veröffentlichung bewiesen (Malcherek [1]) undeine auf der Impulsbilanz basierende Herleitung vorgestellt.Die daraus folgende Theorie gibt die experimentellen Er-gebnisse für Ausflüsse durch scharfkantige Öffnungen ge-ringer Dicke bereits sehr genau wieder, ohne der Notwen-digkeit eines Beiwertes. Auf diesen Erkenntnissen aufbau-end, sollen mit diesem Prüfstand weitere Untersuchungenfür den Ausfluss aus einem Gefäß in ein weiteres Gefäßvorgenommen werden.

Abbildung 1: Prüfstandsaufbau zusammengesetzte Gefäße

Der Prüfstand, dargestellt in Abbildung 1 besteht im We-sentlichen aus zwei zylindrischen Rohren (Gefäßen), diemit einem Zwischenboden voneinander getrennt sind. DerBoden des unteren Gefäßes sowie der Zwischenbodenbeinhalten scharfkantige dünne Blenden. Die Blenden sindauswechselbar und in verschiedenen Geometrien ausge-führt, um eine Vielzahl an geometrischen Konfigurationenüberprüfen und auf die Theorie anwenden zu können. DieOberseite des oberen Gefäßes ist offen und stellt somit at-mosphärischen Luftdruck im oberen Behälter sicher. Für dieMessungen werden beide Gefäße bis zu einer bestimm-ten Höhe mit Wasser befüllt. Nach einer kurzen Beruhi-gungszeit wird die Blende im Boden des unteren Gefäßes

geöffnet und die Höhenänderung der Wasseroberflächeund die Drücke aufgezeichnet. Die Höhe bzw. Höhenän-derung der Wasseroberfläche wird mit Ultraschallsensorenerfasst, die Druckverteilung über den Radius des Gefäß-bodens sowie der Zwischenbodenunterseite mittels Druck-aufnehmern. Mit Kenntnis der Druckverteilung können demBerechnungsansatz folglich verbesserte/realistische Rand-bedingungen zugewiesen und Strömungsphänomene er-forscht werden.Abbildung 2 zeigt die mit Färbemittel visualisierte Einlauf-strömung in die Zwischenblende. In Abbildung 3 ist die indas untere Gefäß eintretende Strömung sichtbar.

Abbildung 2: visualisierte Strömung in Zwischenblende

Abbildung 3: visualisierte Strömung in unteres Gefäß

Projektleiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. A. MalcherekProjektbearbeiter: Dipl.-Ing. S. Müller

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Literatur

[1] Andreas Malcherek. „History of the Torricelli Principleand a New Outflow Theory“. In: Journal of Hydrau-lic Engineering 142.11 (1. Nov. 2016), S. 02516004.DOI: 10 . 1061 / (ASCE ) HY . 1943 - 7900 . 0001232.URL: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29HY.1943- 7900.0001232 (besucht am08. 03. 2018).

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