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Aerodynamische Modelle

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Reitwein an der Oder, nördlich von Frankfurt, hier beschädigten bzw. zerstörten militärische Manöver die Buhnen. Um bei der erforderlichen Instandsetzung den Anforderungen der Schifffahrt, des Hochwasser- und des Naturschutzes gerecht zu werden, untersuchte die Bundesanstalt
für Wasserbau in Karlsruhe zahlreiche Varianten in einem aerodynamischen Modell. In aerodynamischen Modellen ersetzt Luftströmung die Wasserströmung.
Das Modell basiert auf einem detaillierten digitalen
Geländemodell. Der Längenmaßstab ist 1:350. 3 km in der Natur entsprechen 8,5 Meter im Modell.
Laserscanbefliegungen lieferten die Daten des Geländes und Unterwasserpeilungen die Daten der Flusssohle. Ungeeignete Lösungs-Varianten können schon mit dem Erosionsverfahren durch Sichtbarmachen der Boden nahen Strömung ausgeschlossen werden. Dazu sprüht man ein Petroleum-Talkum-gemisch auf die Oberfläche. Das Modell wird mit einer Glasplatte abgedeckt. Etwa in Brusthöhe umgibt das Messportal das Modell. Auf dem rechteckigen Aluminiumsystem fährt ein Schlitten
mit den Messgeräten. Das System
erlaubt ein dreiachsiges sehr genaues Messen. Die Unterseite der Glasplatte entspricht annähernd der Wasseroberfläche. Dort, wo die Luft-Strömung stark ist, sortieren sich die Talkum-Teilchen entlang der Strömung. Es entstehen Sohlstromlinien. Sohlstromlinien
im Bereich eines Parallelwerkes. Es soll die zerstörten Buhnen ersetzen.
Weiße Flächen, z.B. in den Buhnenfeldern, zeigen, dass hier die Strömung gering ist. Die Dichtung einer Bohrung in der Deckplatte wird
entfernt, um eine Messsonde in die Strömung zu bringen. Mit der Hitzdraht-Anemometrie wird die Fließgeschwindigkeit der Luft gemessen. Die Sonde misst
im Abstand von 3 Zentimetern,
was 10,50 Metern in der Natur entspricht und zwar von der Oberfläche bis zur Sohle. So
können die Strömungsrichtungen und -geschwindigkeiten im Flussmodell für mehrere
Querschnitte, also räumlich dargestellt werden. In diesem Querprofil der Oder sind gelb und grün die schnelleren, hellblau und dunkelblau die langsameren Geschwindigkeiten. Links hinter dem Parallelwerk und rechts im Buhnenfeld ist die Geschwindigkeit deutlich geringer als in der Hauptströmung Bei dieser Messung führt man statische Drucksonden mit Druckaufnehmern in das Modell ein. Druckmessungen dienen dazu, das Druckgefälle im Modell zu ermitteln.
Das Druckgefälle dient
als Kriterium für das Wasserspiegelgefälle. Mit Hilfe eines
Wasser-Alkoholgemisches wird
Nebel erzeugt, der durch das Modell gesaugt wird. Mit dem Nebel kann man die
Strömung sichtbar machen und die Strömungsrichtung und die
Strömungsgeschwindigkeit der Luft messen. Mit 20 facher Zeitdehnung sieht man im Bereich der überströmten, zerstörten Buhnen Wirbel, die sich vom Ufer und den Buhnenresten ablösen. Sie sind mit bloßem Auge nicht zu sehen, da die 8,5 Meter Strecke im Modell in einer viertel Sekunde durchströmt wird. Wirbel lösen sich in einem Buhnenfeld von den umströmten Buhnen ab. Um die Geschwindigkeiten zu messen, benutzt man einen Laser. Zwei Teilstrahlen eines Lasers werden mit einer Linse zum Schnitt gebracht. Im Schnittpunkt der beiden Laserstrahlen ist der Messpunkt. Die Fließgeschwindigkeiten der Luft, in der Ebene des Wasserspiegels, sind hier farbcodiert drgestellt. Mit numerischen Teilchen kann man die Strömung am Computer analysieren. Über Rohre wird der Nebel mit bis zu 30 Meter pro Sekunde durch das Modell gesaugt. Ein
Normvolumenstrom-Messer ermittelt die Durchflussmenge. An der Ventilatorsteuerung kann sie verändert werden. Die Untersuchungen ergeben, dass die Wiederherstellung der Buhnen die Schifffahrtsverhältnisse am deutlichsten verbessert. Auch ein gegliedertes Parallelwerk mit vorgesetzten Buhnenköpfen ist unter Berücksichtigung ökologischer Gesichtspunkte zu empfehlen.
Buhne
Wasserströmung
Wasserbau
Modell <Gießerei>
Strömung
Geländer
Meter
Nähen
Computeranimation
Schlitten
Strömung
Messgerät
Strömung
Bohrung
Buhne
Mikroskopie
Strömung
Fließgeschwindigkeit
Sonde
Schuhsohle
Meter
Strömungsrichtung
Geschwindigkeit
Messung
Drucksensor
Druckmessung
Computeranimation
Strömung
Strömungsrichtung
Strömung
Geschwindigkeit
Fließgeschwindigkeit
Buhne
Elektronenröhre
Meter
Strömungsgeschwindigkeit
Computeranimation
Wirbel <Physik>

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Aerodynamische Modelle
Alternativer Titel Aerodynamic Models
Autor Schledding, Thomas
Mitwirkende Petra Faulhaber (wissenschaftliche Betreuung)
Bernd Hentschel (wissenschaftliche Betreuung)
Kuno Lechner (Kamera)
Uwe Fanelli (Kamera)
Thomas Gerstenberg (Ton)
Abbas Yousefpour (Schnitt)
Lizenz CC-Namensnennung 4.0 International:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/14867
IWF-Signatur C 13224
Herausgeber Bundesanstalt für Wasserbau (BAW)
Erscheinungsjahr 2010
Sprache Deutsch
Produzent IWF (Göttinger)
Produktionsjahr 2008

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Video-Clip ; F, 5 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Anstelle von Wassermodellen baut die BAW auch platzsparende und kostengünstige Luftmodelle. Die Wasserströmung in der Natur wird dabei durch Luftströmung in einem Unterdrucksystem simuliert. Das Erosionsverfahren macht die Strömung an der Sohle mit einem Talkum-Petroleum-Gemisch schnell und deutlich sichtbar. Mit der Hitzdraht-Anemometrie wird die Fließgeschwindigkeit der Luft gemessen. Druckmessungen liefern das Druckgefälle im Modell. Dieses dient als Kriterium für das Wasserspiegelgefälle. Die Fließgeschwindigkeit wird auch mit einem Laserdopplermessverfahren bestimmt. Die Ergebnisse fließen in Computermodelle ein. Der Einsatz dieser Modelltechnik wird an einem wasserbaulichen Problem an der Oder bei Reitwein demonstriert.
The BAW works with space saving and cost efficient aerodynamic models instead of water models. The natural water flow is simulated by an air flow in a negative pressure system. The erosion procedure uses a talcum-petroleum mixture to make the flow on the river bed quickly and clearly visible. The flow velocity of the air is measured with heat wire anemometry. Measurement of the pressure yields the pressure drop in the model and this serves as criterion for the water level drop. Flow velocity is also determined by a laser Doppler measuring method. The results are used in computer models. The use of this model technique is demonstrated on a hydraulic engineering problem of the Oder River near Reitwein.
Schlagwörter Laserdoppleranemometrie (LDA)
Fließgeschwindigkeit
Wirbel
Druckmessung
Buhnenfeld
Buhne
HDA
Hitzdraht-Anemometrie
Parallelwerk
Sohlstromlinien
Messportal
Erosionsverfahren
Laserscanbefliegung
Odermodell
Luftströmung
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Wasserbau
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erosion method
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groyne
groyne field
pressure measurement
vortices
flow velocity
laser Doppler anemometry
LDA

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