Bemessungsgrundlagen und Anwendungen für Luftschleier im Wasserbau

Abstract

Eine semi-empirische Analyse des durch einen Luftschleier erzeugten Strömungsfeldes in einem seitlich unbegrenzten Wasserkörper wurde sowohl für Einzeldüsen als auch für Düsenreihen auf der Grundlage des heutigen Wissensstandes über das Verhalten von Gasblasen in Flüssigkeiten und über Auftriebstrahlströmungen durchgeführt. Die empirischen Beiwerte wurden aus umfangreichen Versuchen für den gesamten in der Praxis interessanten Parameterbereich ermittelt. Es ergibt sich eine für Bemessungszwecke geeignete, geschlossene Ingenieurlösung in guter Übereinstimmung mit Meßdaten. Die Beschreibung des Strömungsfeldes dient als Grundlage für die Bemessung von Luftschleieranlagen zur Anwendung im Wasserbau und im Gewässerschutz als pneumatische Ölsperren, als Anlagen zur Eisfreihaltung, zur Beeinflussung von Dichteströmungen aufgrund von Temperatur-, Salzgehalt- oder Feststoffgehalt-Unterschieden, zur Beeinflussung von Dichteschichtungen in stehenden Gewässern, zur künstlichen Gewässerbelüftung, oder als pneumatische Wellenbrecher. Für jede dieser Anwendungen wird die Wirkungsweise und der Effekt einer Luftschleieranlage beschrieben und deren Bemessung anhand eines Zahlenbeispiels dargestellt. Die Arbeit liefert damit eine Grundlage zur Beurteilung der Einsatzmöglichkeiten für Luftschleier nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten.

A semi-empirical analysis of the flow field induced by an air-bubble screen from both single orifices and slots (rows of orifices) in a sideways uni imited body of water has been performed on the basis of the present knowledge on the behaviour of gas bubbles in liquids and of buoyant jets. The empirical coefficients have been determined from extensive tests over the range of parameters of interest for practical applications. This leads to a closed engineering solution, suitable for design purposes and in good agreement with measurements. The description of the flow field serves as a basis for quantitative analysis of airbubble installations for various applications in hydraulic engineering: pneumatic oil barriers, installations for preventing ice-formation, for combatting density currents due to temperature-, salinity- or sediment concentration gradients, for density-destratification of lakes and reservoirs, for in-stream aeration, or pneumatic breakwaters. For each of these applications, the effect of an air-bubble installation is described, and the detailed design procedure is illustrated by an example. Thus the investigation yields a quantitative basis for assessing the feasibility of air-bubble installations both technically and economically.