Handbuch der Hydraulik für Wasserbau und Wasserwirtschaft:
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| Main Authors: | , |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Beuth
2015
|
| Edition: | 1. Aufl. |
| Series: | Bauwesen : Wissen
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltstext Ausfuehrliche Beschreibung Inhaltsverzeichnis Klappentext |
| Physical Description: | IX, 513 S. Ill., graph. Darst. 25 cm |
| ISBN: | 3410213414 9783410213413 |
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INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
1 ALLGEMEINES 1
1.1 GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG 1
1.2 FORMELZEICHEN UND EINHEITEN IN DER HYDRAULIK 2
1.2.1 BASISGROESSEN DER SI-EINHEITEN 2
1.2.2 SYMBOLVERZEICHNIS 3
1.3 DEZIMALE VIELFACHE VON EINHEITEN 7
1.4 GRIECHISCHES UND KYRILLISCHES (RUSSISCHES) ALPHABET, ROEMISCHE
ZIFFERN
UND ZAHLEN 7
1.5 UMRECHNUNG VON BRITISCHEN UND US-EINHEITEN IN METRISCHE EINHEITEN 9
1.6 HISTORISCHE UND NICHT MEHR GEBRAEUCHLICHE EINHEITEN 12
1.7 UMRECHNUNGEN WICHTIGER EINHEITEN 12
2 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN IN DER HYDRAULIK,
WICHTIGE GEOMETRISCHE WERTE 15
2.1 WICHTIGE ZAHLENWERTE 15
2.2 TRIGONOMETRIE 15
2.2.1 ALLGEMEINES DREIECK 15
2.2.2 RECHTWINKLIGES DREIECK 15
2.2.3 UMRECHNUNGEN DER WINKELFUNKTIONEN 16
2.3 WICHTIGE FUNKTIONEN 16
2.3.1 QUADRATISCHE GLEICHUNG 16
2.3.2 KUBISCHE GLEICHUNG 16
2.3.3 NEWTONSCHES NAEHERUNGSVERFAHREN 17
2.3.4 TAYLOR-REIHE 17
2.3.5 EXPONENTIALFUNKTION 18
2.4 UMRECHNUNG VON GEFALLE UND BOESCHUNGSNEIGUNG 18
2.5 FLAECHENBERECHNUNG (AUSWAHL) 19
2.6 VOLUMENBERECHNUNG (AUSWAHL) 22
2.7 GEOMETRIE VON GERINNE-QUERSCHNITTEN MIT OFFENEM WASSERSPIEGEL 23
2.7.1 OFFENE GERINNE 24
2.7.2 GENORMTE KANALQUERSCHNITTE BEI VOLLFULLUNG NACH DIN 4263 25
2.8 SCHWERPUNKT S, FLAECHENTRAEGHEITSMOMENT UND ZENTRIFUGALMOMENT 27
2.9 HYDRAULISCH GUENSTIGE FLIESSQUERSCHNITTE 28
3 PHYSIKALISCHE GROESSEN UND EINHEITEN 33
3.1 SCHWEREBESCHLEUNIGUNG 33
3.2 CORIOLISKRAFT 34
3.3 GEZEITEN 35
3.4 EIGENSCHAFTEN DES WASSERS 37
3.4.1 DICHTE 37
III
HTTP://D-NB.INFO/1009964852
HANDBUCH DER
HYDRAULIK
SEITE
3.4.2 DICHTEVERAENDERUNGEN DURCH BEIMENGUNGEN 39
3.4.3 RELATIVE RAUMAENDERUNG DES WASSERS 41
3.4.4 DAMPFDRUCK DES WASSERS 41
3.4.5 VISKOSITAET VON WASSER 42
3.4.6 VOLUMENELASTIZITAET 43
3.4.7 DRUCKWELLENGESCHWINDIGKEIT 43
3.4.8 OBERFLAECHENSPANNUNG UND KAPILLARITAET 46
3.5 MATERIALWERTE WEITERER FLUESSIGKEITEN UND GASE 48
3.6 MATERIALWERTE VON ROHRLEITUNGEN UND BAUSTOFFEN 49
3.7 SINK-, FALL- UND STEIGGESCHWINDIGKEIT 50
3.7.1 ALLGEMEINER ANSATZ 50
3.7.2 SINK- BZW. ABSETZGESCHWINDIGKEIT VON FESTSTOFFEN IN WASSER 54
3.7.3 FALLGESCHWINDIGKEIT VON WASSERTROPFEN IN LUFT 58
3.7.4 STEIGGESCHWINDIGKEIT VON LUFTBLASEN IM WASSER 59
3.8 DRUCK 61
3.8.1 DEFINITION DER DRUCK-EINHEITEN 61
3.8.2 ATMOSPHAERENDRUCK 62
3.8.3 ABSOLUTDRUCK UND BEZUGSDRUCK 64
3.8.4 DAMPFDRUCK, HALTEDRUCK UND KAVITATION 65
3.8.5 DRUCKMESSUNG 67
4 HYDROSTATIK 69
4.1 DEFINITIONEN 69
4.2 HYDROSTATISCHE DRUCKKRAFT AUF EBENE FLAECHEN 71
4.2.1 SENKRECHTE SEITENFLAECHEN 71
4.2.2 KONSTRUKTIVE LASTAUFTEILUNG 73
4.2.3 GENEIGTE SEITENFLAECHEN 75
4.2.4 HORIZONTALE BODENFLAECHEN, HYDROSTATISCHES PARADOXON 77
4.2.5 EBENE FLAECHEN UNTERHALB DES WASSERSPIEGELS 78
4.3 ZERLEGUNG DER DRUCKKRAFT IN HORIZONTALE UND VERTIKALE ANTEILE 81
4.3.1 GENEIGTE SEITENFLAECHEN 82
4.3.2 POLYGONARTIGE STAUWAND 83
4.3.3 EINFACH GEKRUEMMTE STAUWAND 84
4.3.4 KREISZYLINDERFLAECHEN 86
4.4 INNENDRUCK VON BEHAELTERN, KESSELFORMEL 91
4.5 FLUESSIGKEITSMANOMETER 92
4.6 NIVEAUFLAECHEN 94
4.6.1 KOMMUNIZIERENDE GEFAESSE 95
4.6.2 NIVEAUFLAECHE IN GLEICHMAESSIG BESCHLEUNIGTEN GEFAESSEN 95
4.6.3 NIVEAUFLAECHE IN ROTIERENDEN BEHAELTERN 96
4.6.4 WASSERSPIEGELLAGE IN GERINNEKRUEMMUNGEN 98
4.7 AUFTRIEB 99
IV
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
4.7.1 IM WASSER EINGETAUCHTE KOERPER 99
4.7.2 HYDROSTATISCHER AUFTRIEB AUF BAUWERKE 100
4.7.3 HYDRODYNAMISCHER AUFTRIEB AUF BAUWERKE 101
4.8 SCHWIMMEN UND SCHWIMMSTABILITAET 102
4.8.1 NACHWEIS DER SCHWIMMFAEHIGKEIT 102
4.8.2 NACHWEIS DER SCHWIMMSTABILITAET 103
4.9 HYDRAULISCHE PRESSE 107
5 HYDRODYNAMISCHE GRUNDGLEICHUNGEN 109
5.1 EINFUEHRUNG 109
5.2 BEGRIFFE UND DEFINITIONEN 110
5.3 KONTINUITAET!. 113
5.4 ALLGEMEINE STROEMUNGSGLEICHUNGEN 115
5.5 BERNOULLI-GLEICHUNG 117
5.6 FLIESSWECHSEL 118
5.7 WELLENAUSBREITUNG 120
5.8 FLACHWASSERGLEICHUNGEN 121
5.9 SAINT-VENANT-GLEICHUNGEN 122
5.10 ABFLUSSFORMELN 123
5.11 IMPULS- UND STUETZKRAEFTE 124
5.12 AUSGLEICHSBEIWERTE 126
5.13 FILTERGESETZ VON DARCY 127
6 DRUCKROHRSTROEMUNG 129
6.1 EINLEITUNG 129
6.2 ENERGIE- UND DRUCKLINIE (DURCHFLUSSBERECHNUNG) 129
6.3 FLIESSARTEN, GESCHWINDIGKEITSPROFILE UND REIBUNGSBEIWERT 133
6.3.1 LAMINARE ROHRSTROEMUNG 133
6.3.2 TURBULENTE ROHRSTROEMUNG 134
6.3.3 REIBUNGSBEIWERT IM TURBULENTEN BEREICH 137
6.4 ABSOLUTE UND RELATIVE HYDRAULISCHE RAUHEIT 142
6.5 Q-D-I-TAFELN ZUR DURCHFLUSSERMITTLUNG 143
6.6 DRUCKROHRSORTIMENT NACH DIN (AUSWAHL) 147
6.7 NICHT KREISFOERMIGE QUERSCHNITTE 156
6.8 VERKRUSTUNG UND ALTERUNG VON ROHREN 159
6.9 OERTLICHE VERLUSTE IN ROHRLEITUNGSELEMENTEN UND ARMATUREN 161
6.9.1 VERLUSTE DURCH QUERSCHNITTSAENDERUNGEN 162
6.9.2 VERLUSTE DURCH RICHTUNGSAENDERUNGEN 170
6.9.3 EINLAUFVERLUSTE 172
6.9.4 AUSLAUFVERLUSTE 177
6.9.5 VEREINIGUNGSVERLUSTE 178
6.9.6 VERZWEIGUNGSVERLUSTE 184
V
HANDBUCH DER
HYDRAULIK
SEITE
6.9.7 INTEGRALER VERLUSTBEIWERT DER ROHRVERZWEIGUNG 186
6.9.8 VERLUSTE AN ARMATUREN 188
6.10 LUFTEINSCHLUSS UND TEILFUELLUNG 199
6.11 WASSERABZUG UND WASSERVERTEILUNG 201
6.11.1 STROMVEREINIGUNG 201
6.11.2 WASSERABZUG MIT GELOCHTEN ROHREN 202
6.11.3 STROMTRENNUNG 203
6.11.4 WASSERVERTEILUNG 203
6.12 PUMPEN- UND TURBINENLEITUNGEN 204
6.12.1 PUMPENLEITUNGEN 204
6.12.2 PUMPENSONDERFORM: DRUCKLUFTHEBER 212
6.12.3 TURBINENLEITUNGEN 216
6.12.4 HYDRAULIK DER PUMPSPEICHERUNG 219
6.13 HYDRAULISCHE BERECHNUNG VON ROHRNETZEN 222
6.13.1 WIRTSCHAFTLICHE FLIESSGESCHWINDIGKEIT UND WIRTSCHAFTLICHER
DURCHMESSER 223
6.13.2 NETZAUFBAU 226
6.13.3 HYDRAULISCHE KENNLINIEN 227
6.13.4 BERECHNUNGSREGELN 231
6.13.5 BERECHNUNGSVERFAHREN 231
6.14 DRUCKSTOSS 233
6.14.1 URSACHEN UND PHAENOMENE 233
6.14.2 BERECHNUNGSANSAETZE 235
6.14.3 DRUCKSTOSSVERMINDERUNG 238
7 FREISPIEGELSTROEMUNG 241
7.1 ALLGEMEINES, BEGRIFFE 241
7.2 FLIESSFORMELN 244
7.2.1 FLIESSFORMEL NACH GAUCKLER-MANNING-STRICKLER (GMS-FORMEL) 245
7.2.2 FLIESSFORMEL NACH DARCY UND WEISBACH 251
7.2.3 EINFLUSS DER QUERSCHNITTSFORMEN AUF DIE ABFLUSSBERECHNUNG 254
7.2.4 ABFLUSSKURVEN 256
7.3 ABFLUSS IN TEILGEFIILLTEN, GESCHLOSSENEN LEITUNGEN 258
7.3.1 GENORMTE KANALQUERSCHNITTE 258
7.3.2 ZUSCHLAGEN GESCHLOSSENER LEITUNGEN BEI TEILFUELLUNG 264
7.3.3 ABFLUSS IN DURCHLAESSEN UNTER VERKEHRSWEGEN 264
7.4 SCHIESSEN UND STROEMEN 269
7.4.1 DER KRITISCHE FLIESSZUSTAND 270
7.4.2 DIE BEDEUTUNG DER FROUDE-ZAHL 276
7.4.3 HYDRAULISCHE EFFEKTE BEIM FLIESSWECHSEL STROEMEN-SCHIESSEN 277
7.4.4 DER WECHSELSPRUNG (HYDRAULIC JUMP) 278
7.4.5 ERMITTLUNG DER RANDBEDINGUNG UEJ UND
H\
AM UEBERSTROEMTEN WEHR 279
7.4.6 FLIESSWECHSEL DURCH VERRINGERUNG DES FLIESSQUERSCHNITTES 282
VI
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
7.4.7 FLIESSWECHSEL DURCH ERHOEHTE RAUHEIT UND STOERSTEINE 284
7.4.8 FLIESSWECHSEL AN UNTERSTROEMTEN VERSCHLUESSEN 285
7.5 SCHUBSPANNUNG UND SOHLBEWEGUNG 285
7.5.1 DEFINITION DER SCHUBSPANNUNG 285
7.5.2 KRITISCHE SCHUBSPANNUNG UND KRITISCHE GESCHWINDIGKEIT 287
7.5.3 GESCHIEBETRANSPORT 290
7.6 LOKALE VERLUSTE 292
7.6.1 EINLAUFVERLUSTE 292
7.6.2 GERINNEUEBERGAENGE 293
7.6.3 KRUEMMUNGEN 295
7.6.4 EINBAUTEN (PFEILERSTAU) 297
7.7 STAU- UND SENKUNGSLINIEN 298
7.8 INSTATIONAERE FREISPIEGELSTROEMUNGEN - SCHWALL- UND SUNKWELLEN 305
7.8.1 ALLGEMEINES 305
7.8.2 BERECHNUNGSANSATZ SCHWALLWELLE 307
7.8.3 SUNKWELLE, BERECHNUNGSANSATZ 308
7.8.4 SCHWALL UND SUNK IM RECHTECKQUERSCHNITT 308
7.8.5 NAEHERUNGSBERECHNUNGEN 309
7.8.6 SCHWALL IN BELIEBIG GEFORMTEN GERINNEQUERSCHNITTEN 310
7.8.7 ITERATIVE BERECHNUNG DER SUNKWELLEN 311
7.8.8 VERFORMUNG VON SCHWALLWELLEN 312
7.8.9 BERECHNUNGSBEISPIEL 314
7.8.10 MASSNAHMEN ZUM SCHWALLABSCHLAG 318
7.9 AUSFLUSS AUS OEFFNUNGEN UND UNTER SCHUETZEN 319
7.9.1 BODENOEFFNUNGEN 320
7.9.2 SEITENOEFFNUNG 321
7.9.3 AUSFLUSS UNTER SCHUETZEN 323
7.9.4 RUECKGESTAUTER AUSFLUSS 327
8 UEBERFAELLE UND HOCHWASSERENTLASTUNGSANLAGEN 331
8.1 EINLEITUNG UEBERFAELLE 331
8.2 UEBERFALLFORMEL 333
8.3 UEBERFALLBEIWERT 334
8.3.1 BASISWERT /
JQ
334
8.3.2 BEIWERT JU\ DER ZULAUFGESCHWINDIGKEIT 337
8.3.3 BEIWERT
JJ
2 DER VERLUSTE DURCH STRAHLEINSCHNUERUNG UND ABLOESUNG 340
8.3.4 EINFLUSS DES STRAHLDRUCKES - BEIWERT FI3 341
8.3.5 DER UNVOLLKOMMENE UEBERFALL - BEIWERT ^4 341
8.3.6 EINFLUSS DER SCHRAEGEN ANSTROEMUNG - BEIWERT ^5 342
8.3.7 EINFLUSS VON PFEILERN UND SEITENEINSCHNUERUNG - BEIWERT FTG 344
8.4 RECHTECKUEBERFALL 346
8.4.1 BREITKRONIGER UEBERFALL 346
VII
HANDBUCH DER
HYDRAULIK
SEITE
8.4.2 SCHARFKANTIGER UEBERFALL 349
8.4.3 BEWEGLICHER UEBERFALL 351
8.4.4 ZYLINDERWEHR 354
8.4.5 SCHMALKRONIGER UEBERFALL 356
8.4.6 STANDARDUEBERFALL 358
8.4.7 DACHWEHR 361
8.4.8 SCHLAUCHWEHR 361
8.5 DREIECKUEBERFALL 362
8.6 PARABELUEBERFALL 364
8.7 KREISUEBERFALL 364
8.8 PROPORTIONALUEBERFALL 366
8.9 EXPONENTIALUEBERFALL 367
8.10 ZUSAMMENGESETZTE MESSWEHRE 368
8.11 STREICHWEHR 369
8.12 PIANO-WEHR 371
8.13 TIROLER WEHR 372
8.14 HEBERUEBERFALL 372
8.14.1 VERGLEICH HEBERUEBERFALL - NORMALER UEBERFALL 372
8.14.2 GRENZBEDINGUNG UNTERDRUCK IM HEBERSCHEITEL 373
8.14.3 ARBEITSZYKLUS EINES UND MEHRERER HEBER 374
8.14.4 ABFLUSSSTEUERUNG DURCH GESTAFFELTE HEBER 375
8.14.5 ABFLUSSSTEUERUNG DURCH BELUEFTUNG DES HEBERS 376
8.15 RINGFOERMIGE UEBERFALLE 379
8.15.1 SCHACHTUEBERFALL 380
8.15.2 VERSTURZLEITUNG 391
8.15.3 WIRBELFALLSCHACHT 392
8.16 SAMMELRINNE 395
8.17 UEBERGANGSRINNEN UND SCHUSSRINNEN 401
8.17.1 WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNG 401
8.17.2 LUFTAUFNAHME IN SCHUSSRINNEN 402
8.17.3 STOSSWELLEN 406
8.17.4 KRUEMMUNGSEINFLUSS 409
8.17.5 KAVITATION IN SCHUSSRINNEN 409
8.17.6 SCHUSSRINNENBELUEFTER 410
8.17.7 BEISPIEL SCHUSSRINNE 411
8.18 TREPPEN UND KASKADEN 413
8.19 WURFSTRAHL UND KOLKBILDUNG 418
8.20 TOSBECKEN 422
8.20.1 FORMEN DES WECHSELSPRUNGES 422
8.20.2 DIE KONJUGIERTEN WASSERTIEFEN 423
8.20.3 DER ENERGIEVERLUST DES EINFACHEN WECHSELSPRUNGES 424
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
8.20.4 T OSBECKEN 424
8.20.5 TOSBECKENFORMEN 425
8.20.6 BEISPIEL TOSBECKENBERECHNUNG 428
8.21 GRUNDABLASS UND ENTNAHMEEINRICHTUNG 429
9 WASSERSTRAHLEN 435
9.1 WASSERSTRAHLEN IN DER LUFT 435
9.1.1 SENKRECHTER WASSERSTRAHL IN DER LUFT 436
9.1.2 SCHRAEGER WASSERSTRAHL IN DER LUFT - WURFSTRAHL 441
9.1.3 WURFSTRAHL BEI HOCHWASSERENTLASTUNGSANLAGEN 445
9.2 WASSERSTRAHLEN IM WASSER 445
9.2.1 FREISTRAHL IN UNBEGRENZTEM RAUM 446
9.2.2 UMGELENKTER FREISTRAHL 447
9.2.3 FREISTRAHL IN BEGRENZTEM RAUM MIT FREIEM WASSERSPIEGEL 449
9.3 STRAHLAUSBREITUNG IN EINER QUERSTROEMUNG 451
10 SICKER- UND GRUNDWASSERSTROEMUNGEN 453
10.1 BEGRIFFE UND DEFINITIONEN 453
10.1.1 POROSITAET 453
10.1.2 SUFFOSION, EROSION UND KOLMATION 455
10.1.3 DURCHLAESSIGKEITSBEIWERT 456
10.1.4 FILTER UND FILTERAUFBAU 461
10.1.5 KAPILLARE STEIGHOEHE 463
10.2 GRUNDWASSER-STROEMUNGSGLEICHUNGEN 464
10.3 BRUNNENENTNAHME 466
10.3.1 UNGESPANNTES GRUNDWASSER 467
10.3.2 GESPANNTES GRUNDWASSER 468
10.3.3 BEISPIEL BRUNNEN 469
10.4 STROM- UND POTENTIALLINIENNETZ 470
10.5 SOHLWASSERDRUCK 472
10.6 DURCHSTROEMUNGEINES ERDDAMMES 477
10.7 HYDRAULISCHER GRUNDBRUCH 481
10.8 GEOTEXTILE FILTER 483
10.9 STOFFTRANSPORT IM GRUNDWASSER 485
LITERATURVERZEICHNIS 487
STICHWORTVERZEICHNIS 505
IX
Das Handbuch der Hydraulik für Wasserbau und Wasserwirtschaft ist ein Nachschla-
gewerk zur Lösung von praktischen Aufgabenstellungen für den mit hydraulischen
Berechnungen befassten Ingenieur, Studierenden oder Wissenschaftler des Bau- und
Wasserwesens.
Es vermittelt ohne ausführliche Ableitungen und tiefgreifende Erläuterungen eine
Fülle von Berechnungsgrundlagen mit Formelansätzen und Kennwerten. Aus dem
bewusst sehr breit angelegten Spektrum hydraulischer Themenbereiche werden
Problemstellungen benannt, kurz beschrieben, und die Lösungen mit dazu erforder-
lichen Berechnungsformeln werden aufgezeigt.
Die in der Hydraulik oft verwendeten Beiwerte und Koeffizienten sind in Tafeln und/
oder Diagrammen zusammengesteüt; die mathematischen, insbesondere geometri-
schen und physikalischen Tafelwerte und Formeln helfen bei der Lösung der hydrau-
lischen Aufgabenstellungen. Weiterhin sind wichtige Materialwerte und hauptsäch-
lich verwendete Abmessungen, z. B. von Rohren, angegeben. Für im Buch enthaltene
Beispiele werden mögliche Lösungswege anschaulich aufgezeigt. |
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