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Aus der wasserbaulichen Forschung am Institut für Hydromechanik, Stauanlagen und Wasserversorgung
(1975) Kobus, Helmut; Richter, Andreas; Westrich, Bernhard
ln dem vorliegenden Aufsatz wird anhand einiger Beispiele aus dem Wasserbau dargestellt, an welchen Aufgaben und Problemen im Institut für Hydromechanik, Stauanlagen und Wasserversorgung derzeit gearbeitet wird. Das Spektrum des Forschungsprogramms ist erheblich breiter. Eine Reihe von Arbeitsgebieten wurde hier nicht oder kaum angesprochen. Die Ergebnisse der strömungsmechanischen Grundlagenforschung finden nicht nur im Wasserbau Anwendung, sondern auch im konstruktiven Ingenieurbau, in der Verfahrenstechnik und im Maschinenbau.
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Effects of model configuration, flow conditions and scale in modelling spillway aeration grooves
(1984) Koschitzky, Hans-Peter; Westrich, Bernhard; Kobus, Helmut
The hydraulic design of spillways, with high specific discharge usually requires model investigations. Whereas standard small-scale models are sufficient for the assessment of the general flow pattern, studies on cavitation control by means of aeration have to be conducted in detail models at considerably larger scales. Detail models of aeration grooves are studied in order to optimize the geometry and to determine the air entrainment of the grooves. The large model scale necessitates the use of models which represents only a small fraction of the width and length of the spillway. Such sectional models allow only an investigation of a single aeration groove in a given approach flow. This paper presents a hydraulic model study of the spillway of Laiban Dam on the Philippines, which is part of the Manila Water Supply Project III.
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Einfluss einer pulsierenden Strömung auf die Erosion eines Sedimentbetts
(1972) Kobus, Helmut; Westrich, Bernhard
Der Bewegungsbeginn und der Transport von Feststoffen hängt nicht nur von den zeitlichen Mittelwerten der Strömung ab, sondern wird auch entscheidend durch die Schwankungen um diese Mittelwerte beeinflußt. In der vorliegenden Arbeit soll am Beispiel eines vertikalen, turbulenten Strahles der Einfluß einer Pulsation der Strömung auf den Auskolkungsprozeß quantitativ ermittelt werden. Die hieraus gewonnen Erkenntnisse haben praktische Bedeutung für das Problem der Sohlenerosion durch Schiffspropeller, für Bodenbeschädigung durch Hovercrafts oder das wirkungsvollere Saugbaggern festgepackter Sandböden.
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Einfluss stationärer und pulsierender Strahlen auf die Erosion eines Sandbetts
(1974) Westrich, Bernhard; Kobus, Helmut
Vertikale Strahlen können beim Auftreffen auf bewegliche Sohlen zu beachtlichen Erosionen führen. Zur Vermeidung von Erosionsgefahren an wasserbaulichen Anlagen und zum effektiven Einsatz von Wasserstrahlen bei der Lockerung und Erosion von natürlichen Böden ist eine systematische Untersuchung der Erosionswirkung von Strahlen mit und ohne Geschwindigkeitspulsation erforderlich. Das Teilprojekt B2 im Sonderforschungsbereich 80 ist deshalb der Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Strahlströmung und Erosion gewidmet und soll anhand experimenteller Untersuchungen und analytischer Betrachtungen Erkenntnisse über den Einfluß der Strömungsparameter auf die Erosion liefern.
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Erosion durch einen pulsierenden Strahl
(1973) Kobus, Helmut; Westrich, Bernhard
Die Erosion eines Sandbettes durch tiefgetauchte Strahlen unterschiedlicher Pulsationscharakteristik ist ein außerordentlich komplexer Vorgang. Es wurde daher im Sinne des Forschungsprojektes für sinnvoll und zweckmäßig gehalten, in einer ersten Versuchsreihe die Erosion durch einen kontinuierlichen Strahl als Grenzfall eines pulsierenden Strahles mit verschwindender Pulsation zu untersuchen. Die Ergebnisse der Untersuchungen mit kontinuierlichen Strahlen sind zum allgemeinen Verständnis des Erosionsvorganges unerläßlich und dienen gleichzeitig als Vergleichswerte für die Ergebnisse mit pulsierenden Strahlen.
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Erosion of a uniform sand bed by continuous and pulsating jets
(1973) Westrich, Bernhard; Kobus, Helmut
An experimental investigation of erosion of a uniform sand bed by a vertical submerged jet shows that the momentum flux of the jet and the distance between nozzle and sediment determines the rate of scour. Under fully turbulent conditions, the relative dimensions of the scour hole depend only upon the time parameter and the ratio between the fictitious axial jet velocity at the bed and the fall velocity of the sediment particles. There exist two distinct values of this ratio, at which the eroding action of the jet becomes particularly effective. At the same mean volume flux, the erosion rate can be more than doubled by pulsations of the jet velocity. For the relative distance between nozzle and bed investigated, the continuous jet has the least erosion capacity as compared to pulsating jets.
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An example of a combined discharge-control and aeration structure
(1983) Kobus, Helmut; Westrich, Bernhard
The design of a hydraulic structure in a cooling water circuit is described which serves the dual purpose of controlling the water levels in the system upstream and of providing a maximum oxygen uptake without discharging large amounts of air into the subsequent pressure duct in order to avoid blow-out problems.
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Flow field and scouring effects of steady and pulsating jets impinging on a movable bed
(1979) Kobus, Helmut; Leister, Peter; Westrich, Bernhard
The flow field and erosion pattern of continuous and pulsating impinging jets has been studied experimentally. The mean velocity field as well as turbulent and pulsation components, wall pressure and wall shear stress distributions were investigated in an axisymmetric air jet impinging upon a rough wall. The results show how harmonic velocity pulsations at the nozzle affect both the mean and the turbulent flow field. Corresponding erosion tests with a vertical water jet impinging upon a uniform sand bed exhibited under certain conditions a greatly enhanced erosion rate. The increase in erosion capacity due to pulsation seems to be due to both the changes in the mean flow field and to the greatly increased lateral correlation of the velocity field in the impinging region.
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Flow field and scouring effects of steady and pulsating jets impinging on a movable bed : Abschlußbericht B 2
(1977) Kobus, Helmut; Leister, Peter; Westrich, Bernhard
Jets impinging on a movable bed of particles can lead to strong local scouring effects. Submerged jets, which in practice frequently show periodical velocity fluctuations, can either lead to dangerous scouring near hydraulic structures, or be put to technical use due to their strong erosion capacity. Unwanted effects are found, for example, in the erosion of the bottom of navigable waterways by ship propellers, whereas in dredging high velocity jets are successfully used for loosening hardpacked sandy soils, or also for submarine underground-laying of pipes. Furthermore, the flow field of impinging jets is of interest for hovercrafts end for vertical takeoffs, and also for numerous applications in chemical engineering. In order to control the wanted or unwanted scouring effects of impinging jets, it is necessary to know in detail both the flow field and the scouring effect of this flow configuration. Therefore, on experimental investigation of an axi-symetrical, vertical, submerged jet impinging on a horizontal sand bed of uniform grain size was studied. Particular attention was paid to the quantification of the influence of a pulsation of the jet velocity, which under certain geometrical and flow conditions causes en increase of the scouring rates.
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Hydraulic design considerations for cooling tower collector basins
(1979) Kobus, Helmut; Westrich, Bernhard
Conventional collector basins of natural draft cooling towers have a tendency towards rapid sedimentation. In order to avoid this problem, a shallow type of basin with a system of draining canals is developped. Numerical calculations supplemented by hydraulic model tests yield depths, velocities and energy losses in the system. Prototype measurements are shown to be in good agreement with numerical and experimental predictions for all modes of operation.
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Massenaustausch in Strömungen mit "Totwasserzonen"
(1977) Kobus, Helmut; Westrich, Bernhard
Im Rahmen der wasserwirtschaftlichen Nutzung der Oberflächengewässer gewinnt die Frage nach der Wechselwirkung zwischen fließenden und angrenzenden stehenden Gewässern im Hinblick auf die Kontrolle und Erhaltung der Wasserqualität zunehmend an Bedeutung. Der wechselseitige Austausch von Wasserinhaltsstoffen (Suspensionen, Sauerstoff, toxische Stoffe und dgl.) zwischen beiden Wasserkörpern hätngt entscheidend davon ab, ob der Strömungszustand stationär oder instationär ist. Die Kenntnis der Austauschvorgänge in natürlichen Gewässern liefert Ansätze zu strömungsmechanischen Verbesserungen von Gewässergütemodellen. Das Ziel der Untersuchungen ist die experimentelle Bestimmung des Massenaustauschs unter stationären und instationären Strömungsbedingungen für Totwassergebiete unterschiedlicher Größe und Form. Hierbei werden Effekte zufolge von Dichteunterschieden, Windschub und Wellen ausgeschlossen und zunächst nur der Austausch konservativer und hydrodynamisch neutraler wasserlöslicher Stoffe (Farbtracer) bestimmt, Der Austauschprozeß selbst sowie dessen Auswirkung auf das Fließgewässer soll in einem eindimensionalen mathematischen Transportmodell aus Ausgangspunkt für ein Gewässergütemodell näherungsweise simuliert werden.
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Strahlerosion
(1983) Westrich, Bernhard; Kobus, Helmut
Tiefgetauchte Strahlen können auf beweglichen Gewässersohlen erhebliche Auskolkungen hervorrufen. Die Erosionswirkung ist stark abhängig von der Größe des hydrodynamischen Sohldrucks und der Durchlässigkeit des körnigen Sohlmaterials. Abhängig von der Intensität des Strahlangriffs bilden sich zwei charakteristische Kolkformen mit unterschiedlichem Auskolkungsverhalten aus. Periodische Pulsationen der Strahlgeschwindigkeit verändern das Strömungsfeld in Sohlennähe und bewirken eine Steigerung der Erosionsrate.
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Strömungsmechanische Probleme bei der Kühlwasserführung in Kernkraftwerken
(1979) Kobus, Helmut; Naudascher, Eduard; Richter, Andreas; Westrich, Bernhard
Die hydraulischen Probleme beim Entwurf der Bauwerke im druckfreien Teil des Kühlwasserkreislaufs (Entnahme- und Verteilerbauwerk, Kraftschlußbecken, Kühltasse) werden beschrieben. Es werden die Anforderungen an die hydraulische Leistungsfähigkeit des Kühlsystems zur Realisierung von Frischwasser-, Ablauf-, Kreislauf- und Mischkühlung skizziert, sowie versuchstechnische und numerische Lösungsmöglichkeiten an Hand ausgeführter repräsentativer Untersuchungen an bestehenden und geplanten Kraftwerken aufgezeigt.
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Untersuchungen am Luftmodell zur strömungstechnisch günstigen Gestaltung von Entnahmebauwerken an Flüssen
(1976) Westrich, Bernhard; Kobus, Helmut
Der Bedarf der Industrie an Brauch- und Kühlwasser muß in hochindustrialisierten und dichtbesiedelten Ländern wie der Bundesrepublik Deutschland zu einem großen Teil aus Oberflächenwasser gedeckt werden. Bei der Entnahme von Rohwasser aus fließenden Gewässern läßt sich kaum vermeiden, daß gleichzeitig auch mitgeführte Feststoffe entnommen werden, die durch entsprechende Aufbereitungsmaßnahmen dem Rohwasser entzogen werden müssen. Um Investitionen und Betriebskosten der Reinigungsanlagen auf ein wirtschaftliches Maß zu beschränken, ist es erforderlich, die in den Entnahmestrom gelangenden Feststoffe durch eine hydraulisch günstige Gestaltung des Entnahmebauwerks auf ein Minimum zu reduzieren.