Oberflächenrauheiten im physikalischen Modellbau
Experimentelle Untersuchung an der ETH Zürich
Wie beeinflussen unterschiedliche Oberflächen die Strömung in einem physikalischen Modell? An der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der ETH Zürich wurden vier Oberflächen in 48 hydraulischen Versuchen untersucht und geometrisch vermessen. Daraus entstand ein Oberflächenrauheitskatalog mit Referenzwerten für zukünftige Modellversuche.
Ausgangslage und Ziel
An der VAW werden Flüsse und wasserbauliche Anlagen in physikalischen Modellen nachgebildet. Die hydraulische Wirkung der verwendeten Oberflächen lässt sich jedoch nicht allein anhand ihres Aussehens beurteilen. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss praktisch herstellbarer Oberflächenstrukturen auf den hydraulischen Widerstand unter unterschiedlichen hydraulischen Randbedingungen zu untersuchen.
Vorgehen
PVC, Besenstrich, Feinrauheit und Blocksatz (siehe Bilderstrecke) wurden bei vier Rinnengefällen zwischen 0.1 % und 1.0 % mit jeweils drei Referenzabflüssen untersucht. Aus Abfluss, Wassertiefe, Rinnengeometrie und Rinnengefälle wurden die Rauheitsbeiwerte nach Strickler bestimmt. Die Profilmethode nach Einstein und ein HEC-RAS-Modell ermöglichten die ergänzende Beurteilung des Seitenwandeinflusses. Geometrische Messungen erfassten die Oberflächenstrukturen.
Ergebnisse
Die Versuche zeigen, dass der hydraulische Widerstand von PVC über Besenstrich und Feinrauheit bis zum Blocksatz zunimmt. Dabei wirken die Oberflächen bei 0.1 % Rinnengefälle deutlich schwächer als bei 0.3 %. Für den physikalischen Modellbau bedeutet dies, dass die Wahl der Oberfläche auf die Gerinnegeometrie, die Wassertiefe und das Rinnengefälle abgestimmt werden sollte.
Nutzen und Ausblick
Der Oberflächenrauheitskatalog unterstützt die VAW bei der Auswahl und Herstellung geeigneter Oberflächen unter vergleichbaren hydraulischen Randbedingungen. Zusätzliche Versuche bei kleinen Rinnengefällen könnten helfen, die beobachteten Veränderungen der hydraulischen Wirkung genauer einzuordnen.
Interesse an der Diplomarbeit?
Die vollständige Diplomarbeit stelle ich auf Anfrage gerne zur Verfügung. Bei Interesse freue ich mich über eine Nachricht per E-Mail.
Franklin Füchslin
Als Hallenchef an der VAW der ETH Zürich verbinde ich Forschung und technische Umsetzung in der Versuchshalle. Gemeinsam mit meinem Team entwickle und realisiere ich Versuchsaufbauten und begleite deren praktische Durchführung.
fuechslin@vaw.baug.ethz.ch
+41 44 632 41 56
Impressionen
Einblicke in die Herstellung der Oberflächen, den Versuchsaufbau und die Durchführung der Messungen.
