Hydraulische Methoden zur Erfassung von Rauheiten : I. Bestimmung von Rauheiten : II. Aequivalente Sandrauheiten und Stricklerbeiwerte fester und beweglicher Strömungsberandungen
Die zutreffende Erfassung der Wand- oder Sohlenrauheit ist eine der wichtigsten Voraussetzungen fuer die rechnerische oder experimentelle Untersuchung von Stroemungsvorgaengen. Fast immer ist es der Widerstand der Stroemungsberandung, der das Stroemungsbild massgeblich beeinflusst. Daher ist die Ermittlung des Stroemungswiderstands, sei es als Wandschubspannung, als Energiehoehenverlust oder dimensionslos als Energieliniengefaelle, eine sehr haeufig vorkommende Aufgabe der Technischen Hydraulik, deren Loesung eine moeglichst genaue Charakterisierung der Rauheit bzw. Oberflaechenbeschaffenheit der Stroemungsberandung erfordert. Das vorliegende Heft der DVWK-Schriften beschreibt "Hydraulische Methoden zur Erfassung von Rauheiten", um fuer die genannte Aufgabe eine umfassende Darstellung aller mit der Bestimmung von Rauheiten zusammenhaengenden Fragen bereitzustellen. Grundlage fuer die hydraulische Berechnung einer Rohr- oder Gerinnestroemung und daher auch fuer die experimentelle Bestimmung von Rauheiten ist u.a. die PRANDTLCOLEBROOK-Gleichung. Es wird gezeigt, dass deren Konstanten 2,51 und 3,71 nur beim Druckabfluss in Rohren mit Kreisquerschnitt exakt zutreffen. Im Fall von nichtkreisfoermigen Fliessquerschnitten, insbesondere bei Gerinnestroemungen (Freispiegelabfluessen) muessen diese Zahlenwerte durch Anwendung von Formbeiwerten f modifiziert werden. Bleibt dies unberuecksichtigt, sind fehlerhafte Auswertungsergebnisse die Folge. Eine Rauheitsangabe muss jedoch aus Gruenden der Vergleichbarkeit stets auf ein und derselben Definition beruhen. Daher gilt der Grundsatz, dass die Festsetzung der aequivalenten NIKURADSE-Sandrauheit k, die einer technisch oder natuerlich vorkommenden Oberflaeche zukommt, so vorzunehmen ist, als waere die Rauheitsbestimmung mittels Rohrstroemungsversuch (Kreisquerschnitt) erfolgt. Darueber hinaus muss sich die k-Wertangabe immer auf den Bereich "vollkommen rauh" beziehen, so als waeren die Messungen bei sehr hohen REYNOLDSzahlen vorgenommen worden, die das Widerstandsverhalten nicht mehr beeinflussen. Abgesehen von der Beruecksichtigung des Einflusses der Querscnittsform wird die PRANTL-COLEBROOK-Gleichung mit Hilfe des den Rohrdurchmesser d ersetzenden hydraulischen Durchmessers D verallgemeinert. In dieser Form kann sie zusammen mit der DARCY-WEISBACH-Gleichung naeherungsweise als MANNING-STRICKLER-Formel ausgedrueckt werden. Dabei zeigt sich, dass die STRICKLERbeiwerte kSt = 1/n wegen des mit Formbeiwerten f zu beruecksichtigenden Querschnittsformeinflusses keine allein von der Oberflaechenbeschaffenheit der Stroemungsberandung abhaengigen Widerstandsbeiwerte sind. Bei den Tabellen der Stricklerbeiwerte werden aus diesem Grunde zusaetzlich die Faelle "sehr breite Querschnitte" mit f = 0,6 und " kompakte Gerinnequerschnitte" mit f = 0,9 im Vergleich zum Kreisquerschnitt mit f = 1 unterschieden. Neben den....
