Bemessungsgrundlagen und Anwendungen für Luftschleier im Wasserbau:
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Bielefeld
Schmidt
1973
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| Schriftenreihe: | Wasser und Abwasser in Forschung und Praxis.
7. |
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- 7 -
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort 5
Überb lick/Summary 6
Inhaltsverzeichnis 7
Verzeichnis der Bilder 11
1 Einleitung 15
1 1 Funktion und Wirkungsweise von Luftschleieranlagen 15
1 2 Anwendungen für Luftschleier im Wasserbau 16
1 3 Problemstellung 17
1 4 Zusammenfassung der Ergebnisse 18
2 Gasblasen in Flüssigkeiten 20
2 1 Allgemeines 20
2 2 Blasenbildung an Düsen 21
2 3 Düsennaher Bereich 29
2 4 Aufsteigen von Einzelblasen 30
2 5 Aufsteigen eines Blasenstroms in seitlich unbegrenztem Medium 34
3 Auftriebstrahl Strömungen 39
3 1 Allgemeines 39
3 2 Dimensionsanalyse 41
3 3 Grundgleichungen 43
3 4 Axial symmetrische Auftriebstrahlen 47
3 5 Anlaufzone für Düsenreihen 49
3 6 Plansymmetrische Auftriebstrahlen in ruhendem Medium 51
3 7 Plansymmetrische Auftriebstrahlen in einer Grundströmung 51
3 8 Einfluß der freien Oberfläche 54
4 Das Strömungsfeld eines Luftschleiers 55
4 1 Allgemeines 55
4 2 Integrale Ansätze für das Strömungsfeld 57
421 Einzeldüse * 57
422 Düsenreihe 59
4 3 Diskussion der Lösungsmöglichkeiten 60
4 4 Geschlossene Näherungslösung nach dem Prinzip der mittleren
Blasensteiggeschwindigkeit 62
441 Einzeldüse 62
442 Düsenreihe 64
4 5 Geschlossene Näherungslösung mit relativer Schlupfgeschwindig
keit 66
-8 -
451 EinzeldUse 66
452 Düsenreihe 68
4 6 Experimentelle Ergebnisse 69
461 EinzeldUse 69
462 Düsenreihe 75
4 7 Einfluß einer Querströmung 81
5 Bemessungsgrundlagen für Luftschleier 85
5 1 Allgemeines * 85
5 2 Beschreibung des Strömungsfeldes 85
521 Einzeldüse 85
522 Düsenreihe 87
5 3 Energiebedarf von Luftschleieranlagen 91
531 Einzeldüse 91
532 Düsenreihe 92
533 Vergleich einer Luftschleier-Düsenreihe mit einem plan
symmetrischen Wasserstrahl 92
6 Auslegung der technischen Anlagen 95
6 1 Übersicht und Bemessungsverfahren 95
6 2 Zusammenhang zwischen Luftzugabeverhältnissen und Luftstrom 96
6 3 Auslegung der Düsen und Düsenrohre 98
6 4 Druckluftversorgung 100
6 5 Zahlenbeispiel 101
6 6 Übersicht über bestehende Anlagen 106
7 Preßluft-Öl sperren 107
7 1 Zweck und Funktionsprinzip 107
7 2 Anforderungen an das Luftschleier-Strömungsfeld 107
7 3 Bemessung 109
7 4 Zahlenbeispiel Hl
7 5 Erfahrungen mit bestehenden Anlagen und Beurteilung 113
8 Anlagen zur Eisfreihaltung 114
8 1 Zweck und Funktionsprinzip 114
8 2 Anforderungen an das Luftschleier-Strömungsfeld 116
8 3 Bemessung 118
8 4 Zahlenbeispiel 119
8 5 Erfahrungen mit bestehenden Anlagen und Beurteilung 120
9 Anlagen zur Beeinflussung von Dichteströmungen 121
9 1 Zweck und Funktionsprinzip 121
9 2 Anforderungen an das Luftschleier-Strömungsfeld 122
9 3 Bemessung 124
9 4 Zahlenbeispiel 126
9 5 Erfahrungen mit bestehenden Anlagen und Beurteilung 130
- 9 -
10 Anlagen zur Beeinflussung von Dichteschichtungen 132
10 1 Zweck und Funktionsprinzip 132
10 2 Anforderungen an das Luftschleier-Strömungsfeld 133
10 3 Bemessung 134
10 4 Zahlenbeispiel 135
10 5 Erfahrungen mit bestehenden Anlagen und Beurteilung 136
11 Anlagen zur künstlichen Belüftung 138
11 1 Zweck und Funktionsprinzip 138
11 2 Anforderungen an das Luftschleier-Strömungsfeld 139
11 3 Bemessung 140
11 4 Zahlenbeispiel 144
11 5 Erfahrungen mit bestehenden Anlagen und Beurteilung 146
12 Pneumatische Wellenbrecher 149
12 1 Zweck und Funktionsprinzip 149
12 2 Anforderungen an das Luftschleier-Strömungsfeld 149
12 3 Bemessung 150
12 4 Zahlenbeispiel 151
12 5 Erfahrungen mit bestehenden Anlagen und Beurteilung 152
13 Weitere Anwendungsmöglichkeiten für Luftschleier im Wasserbau 153
13 1 Allgemeines 153
13 2 Dämpfung von Detonationswellen 153
13 3 Lenkung von Fischen 154
13 4 Abflußmessung in Fließgewässern 154
Schlußwort 155
Symbolverzeichnis 157
Literaturverzeichnis 159
- n -
VERZEICHNIS DER BILDER
1 1 Luftblasenschleier in ruhendem Medium 15
1 2 Definitionsskizze für das Luftschleier-Strömungsfeld 16
2 1 Bereiche der Blasenbildung an Düsen 21
2 2 Quasistatische Blasenbildung 22
2 3 Übergang von der Blasen- zur Strahlbildung 24
2 4 Maximale Blasengrößen beim Strahlgasen von Luft in Wasser 27
2 5 Ausdehnung des Anlaufbereichs 29
2 6 Widerstandsdiagramm für Gasblasen in Flüssigkeiten 32
2 7 Steiggeschwindigkeit von Luftblasen in Wasser 33
2 8 Mittlere Blasensteiggeschwindigkeit über einer Einzeldüse 35
2 9 Mittlere Blasensteiggeschwindigkeit über einer Düsenreihe 35
2 10 Einfluß einer Querströmung auf die Blasensteiggeschwindigkeit über
Einzel düsen 36
2 11 Einfluß einer Querströmung auf die Blasensteiggeschwindigkeit über
Düsenreihen 37
3 1 Schematische Darstellung des Anlaufbereichs für Impulsstrahlen 39
3 2 Einteilung von Auftriebstrahlströmungen 40
3 3 Plansymmetrische Strömungsfelder für Impuls- und Auftriebstrahl 42
3 4 Entstehung eines plansymmetrischen Auftriebstrahls aus einer Düsen
reihe nach Liseth [46] 50
3 5 Plansymmetrischer Strahl in Querströmung: Parameterbereiche nach
Cederwal I 52
3 6 Von Cederwal I beobachtete Strömungsformen eines plansymmetrischen
Auftriebstrahls in Querströmung 53
3 7 Maximale Oberflächengeschwindigkeit bei der Umlenkung eines plan
symmetrischen Strahls an einer freien Oberfläche 54
4 1 Vergleich der Näherungslösung für Einzeldüsen mit der numerischen
Lösung von Cederwall und Ditmars[59] 61
4 2 Vergleich der Näherungslösung für Düsenreihen mit der numerischen
Lösung von Cederwall und Ditmars [59] 62
4 3 Strahlausbreitung über Einzeldüsen 70
4 4 Einfluß des Bodenabstands der Düse auf die Strahlausbreitung 70
4 5 Einmischkoeffizient CX für Einzeldüsen 71
- 12 -
4 6 Achsgeschwindigkeit über Einzeldüsen verschiedener Durchmesser 73
4 7 Relative Achsgeschwindigkeit über Einzeldüsen 74
4 8 Universelle Geschwindigkeitsverteilung über Einzeldüsen 74
4 9 Volumenstromverhältnis für Einzeldüsen 75
4 10 Stromlinienbild eines Luftschleiers in ruhendem Medium 75
4 11 Strahlausbreitung Uber Düsenreihen 76
4 12 Einmischkoeffizient oC für Düsenreihen * 77
4 13 Relative Achsgeschwindigkeit über Dü senreihen 7g
4 14 Universelle Geschwindigkeitsverteilung Uber Düsenreihen 79
4 15 Volumenstromverhältnis für Düsenreihen 79
4 16 Relative Oberflächengeschwindigkeiten über Düsenreihen gQ
4 17 Maximale Oberflächengeschwindigkeit als Funktion von Luftstrom
und Wassertiefe 80
4 18 Stroml inienbilder eines Luftschleiers in einer Querströmung 82
4 19 Maximale Oberflächengeschwindigkeit entgegen der Querströmung 83
5 1 Beschreibung des Luftschleier-Strömungsfeldes 86
5 2 Dimensionierungstafel für Einzeldüsen 88
5 3 Dimensionierungstafel für Düsenreihen 90
6 1 Beispiel einer Luftschleieranlage 95
6 2 Luftschleieranlage in Betrieb 96
6 3 Zusammenhang zwischen Luftzugabebedingungen und Luftstrom 97
6 4 Zahlenbeispiel zur Auslegung einer Luftschleieranlage jq2
6 5 Technische Angaben über bestehende Luftschleieranlagen
Tabelle aus [61 3 105
7 1 Funktion einer Preßluft-Ölsperre 107
7 2 Erforderliche Oberflächengeschwindigkeiten für Preßluft-Ölsperren 109
7 3 Nomogramm zur Auslegung von Preßluft-Öl sperren 111
8 1 Eisfreihaltung durch Luftblasenschleier 114
8 2 Typische Temperaturprofile eisbedeckter Süßwasserseen 115
8 3 Physikalische Eigenschaften von Salzwasser 116
8 4 Funktionsweise eines Luftschleiers zur Eisfreihaltung H7
9 1 Dichteströmungen in Rechteckbecken 122
9 2 Beeinflussung einer Dichteströmung durch einen Luftschleier 122
-13-
9 3 Kritischer Luftstrom in Abhängigkeit vom Differenzdruck am Boden 123
9 4 Sperrwirkung in Abhängigkeit vom Luftstrom 124
9 5 Durchmischungsverlauf für verschiedene Salzgehalte sQ bei jeweils
optimalem Luftstrom 125
10 1 Typische Sommer-Temperaturverteilung in stehenden Gewässern 132
10 2 Mögliche Strömungserscheinungen an einem Dichtesprung 134
10 3 Möglichkeiten zur künstlichen Umwälzung dichtegeschichteter Seen 137
11 1 Luftschleier zur Flußwasserbelüftung 138
11 2 Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser ]39
11 3 Sauerstoffabsorption von Luftblasen in Wasser
11 4 Schematische Darstellung des Belüftungssystems Wahnbachtal
sperrenverband11 148
12 1 Beziehung zwischen Oberflächenströmung und Bemessungs-Wellen
länge nach Taylor [51] 15Q
12 2 Erforderlicher Luftstrom qkrit ols Funktion der Wassertiefe und der
Bemessungs-Wellenlänge 12]
13 1 Luftschleier zur Dämpfung von Detonationswellen 123 |
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