TU BRAUNSCHWEIG

Versuchseinrichtungen


Zu den Versuchseinrichtungen der Abteilung für Hydromechanik, Küsteningenieurwesen und Seebau gehören:

 

Wellenkanäle

Das Leichtweiß-Institut für Wasserbau verfügt über zwei 90 m lange Wellenkanäle mit Breiten von 1 m und 2 m. Die Wassertiefe beträgt bis zu 1,2 m. Sie werden häufig für Versuche und Modelluntersuchungen verwendet, bei denen Maßstabseffekte keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielen. Sind die zu erwartenden Maßstabseffekte von Bedeutung, wird auf den Großen Wellenkanal (GWK) mit den Maßen 307 m x 5 m x 7 m des Forschungszentrums Küste (FZK) in Hannover ausgewichen. Im Bereich des Kanalendes und der Kanalmitte sind Fenster in den Seitenwänden eingebaut, um die Prozesse komplexer Wellenvorgänge z.B. rund um Bauwerke beobachten zu können.

Durch die eingebaute Technik ist es möglich in diesen Kanälen unterschiedliche Wellenarten zu erzeugen. Durch Wellenmaschinen lassen sich sowohl solitäre, als auch regelmäßige und unregelmäßige Wellen erzeugen. Hierbei können Wassertiefen bis 0,8 m eingestellt und Wellen bis zu einer Wellenhöhe von 0,3 m und Perioden bis 4,5 s erzeugt werden. Des Weiteren können Tsunamiboren mit Hilfe pneumatischer Borenklappen generiert werden. Die maximale Aufstauhöhe hinter den Borenklappen beträgt 0,9 m, während vor den Borenklappen Wasserstände zwischen 0 und 0,3 m eingestellt werden. Die Systeme zur Erzeugung der Wellen und Boren können sowohl getrennt, als auch synchron bedient werden.

Parallele Wellenkanäle

   

Links: Wellenmaschinen, Rechts: Borenklappen


 

Großes 3D Wellenbecken

Das große Wellenbecken ist nach dem Umbau rund 20,8 m lang, 18,8 m breit und 1,0 m tief. Im Becken ist die Erzeugung einer Strömung bis zu 0,3 m/s durch entsprechende Leitwände möglich. Das Wellenbecken ist mit einer Multi-Element-Wellenmaschine ausgestattet, die sowohl Einzelwellen, regelmäßige Wellen als auch unregelmäßigen Seegang mit einem Wellenangriffswinkel bis zu 45° erzeugen kann.

Das Wellenbecken ist weiterhin mit einer Messbrücke ausgestattet, die auf zwei Führungsschienen gelagert über dem Wellenbecken verschoben werden kann. An der Messbrücke können unterschiedliche Messwertaufnehmer (z.B. Wellenpegel, Strömungssensoren) angebracht werden.

Großes Wellenbecken

Großes 3D Wellenbecken


 

Kleiner Wellenkanal "Berliner Rinne"

Die "Berliner Rinne" besteht aus zehn miteinander verschraubten Plexiglas-Elementen, die insgesamt eine Länge von rd. 20 m aufweisen. Die aufgebauten Plexiglas-Elemente verfügen über eine blaue Metallunterkonstruktion mit eingebauten Stützen. Diese Konstruktion trägt die Elemente in einer Höhe von 0,67 und 0,82 m. Der Kanal ist also unterschiedlich tief: Im flachen Teil beträgt die Tiefe 0,38 m, im tiefen Teil 0,53 m. Der tiefere Abschnitt weist eine Länge von etwa 3,42 m auf, während der flache Abschnitt etwa 15,9 m lang ist. Die Breite des Kanals beträgt einheitlich 0,3 m.

An der tieferen Seite des Kanals befinden sich ein Generator zur Erzeugung von regelmäßigen Wellen mittels eines Wellenpaddels sowie der dazugehörige Steuerstand. Es können regelmäßige Wellen mit einer maximalen Höhe von 0,06 m und einer Periode von 0,9 – 2,6 s erzeugt werden. Durch Einbau einer manuellen Borenklappe können in diesem Kanal zusätzlich Tsunamiboren generiert werden. Dieses wird durch das Aufstauen unterschiedlicher Wasserstände vor und hinter der Borenklappe und das anschließende schnelle Öffnen der Klappe erreicht. Es können Aufstauhöhen zwischen 0,3 und 0,5 m hinter und 0 bis 0,1 m vor der Borenklappe eingestellt werden.

Berliner Rinne  

Links: Kleiner Wellenkanal ("Berliner Rinne"), Rechts: Manuelle Borenklappe


 

Wechseldurchströmungsanlage (WDA)

Die Wechseldurchströmungsanlage befindet sich bei der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) in Karlsruhe und wird von der Abteilung Geotechnik betrieben. Die Versuchsanlage besteht aus zwei Drucktanks, die durch Druckluft betrieben werden und einem symmetrischen Rohrleitungssystem.

Technische Daten:

  • Wasserdruck bis zu 10 bar (100 m Wassersäule)
  • 2 Drucktanks mit insgesamt 450 l demineralisiertem Wasser
  • Fließgeschwindigkeiten von bis zu 7 l/s
  • 5 Durchflussmesseinrichtungen auf beiden Seiten mit unterschiedlichen Durchmessern und Messbereichen
  • hochgenaue Drucksensoren in den Tanks, im Rohrleitungssystem und in der Versuchszelle
  • 21 computergesteuerte Ventile

Der Druck kann an jedem Drucksensor unter Berücksichtigung der Reibungsverluste und Trägheit im Rohrsystem durch automatische adaptive Kompensation geregelt werden. Es sind Drucksensoren in den Druckbehältern und an den Druckreglern auf beiden Seiten im Druckluftsystem angebracht. Weitere Drucksensoren sind im Wasserbereich innerhalb der beiden Druckbehälter, im Rohrsystem und an der Testzelle angebracht.
Um eine hohe Genauigkeit bei hochdynamischen Prozessen und bei schnellen Druckänderungen zu erreichen, wird die dynamische Leistung der Versuchsanlage durch eine modellbasierte Vorhersage und durch numerische Berechnung kompensiert. Die mechanische Hysterese und Haftreibung, die erhebliche Auswirkungen auf die Funktion der Druckregler aufweisen, können weitgehend ausgeglichen werden. Zu jedem Zeitschritt werden die jeweils letzten Messwerte in die numerische Berechnung einbezogen. Hieraus ermöglicht die Wechseldurchströmungsanlage die Untersuchung unterschiedlicher Durchlässigkeiten, Durchflussmengen und des Drucks in einer großen Bandbreite.

Anlagensteuerung:

  • unidirektionale Strömung
  • regelmäßig oszillierende Strömung
  • unregelmäßig oszillierende Strömung (Zeitreihe)
  • kombinierte gleichgerichtete und oszillierende Strömung

Berliner Rinne   

Wechseldurchströmungsanlage (WDA) (Quelle: BAW)


 

Tank für Absinkversuche

Der Wassertank mit den Maßen 3 m x 3 m x 2 m steht der Abteilung Hydromechanik und Küsteningenieurwesen zur Verfügung, um das Absinkverhalten geotextiler Sandsäcke zu untersuchen. Eine über dem Tank angeordnete Fallvorrichtung ermöglicht auch bei wiederholten Versuchen einen einheitlichen Fallbeginn. Zwei Seiten des Tanks sind in Glas ausgeführt, sodass die Absinkprozesse beobachtet und videodokumentiert werden können.

Tank für Absinkversuche

Tank für Absinkversuche


 

Kleines Wellenbecken

Das Wellenbecken ist 6,0 m lang und 4,5 m breit. Das Becken besteht aus sechs Bodenelementen die von einer Metallstützenkonstruktion in einer Höhe von ca. 0,355 m getragen werden. Es ist umseitig mit Metallplatten umschlossen, so dass sich eine Tiefe von 0,45 m ergibt. An einem kurzen Ende des Wellenbeckens ist die Wellenmaschine installiert.
Die Wellenmaschine besteht aus zwei Verdrängungskörpern, die durch einen Elektromotor angetrieben vertikal in das Wellenbecken eintauchen und so durch Verdrängung Wellen erzeugen. Die Wellenparameter lassen sich nicht explizit einstellen. Mittels eines Getriebes, das durch Tastschalter am Wellenbecken stufenlos geregelt werden kann, kann die Drehzahl des Elektromotors variiert werden. So wird auf die Wellenhöhe und Wellenlänge Einfluss genommen.

Wellenbecken

Kleines Wellenbecken


 

Strömungskreislauf

Der Strömungskreislauf besteht aus Plastikrohren mit einem Durchmesser von 185 mm. Diese sind in einem Kreislauf mit einer Länge von 8,7 m und einer Breite von 2 m angeordnet. Über einen Elektromotor können mittels Strömungspropeller verschiedene definierte Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 280 cm/s im Kreislauf eingestellt werden.

Der Strömungskreislauf wird zusätzlich für die Kalibrierung von verschiedenen Messinstrumenten zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit (z.B. Strömungspropeller, ADV-Sonde und elektromagnetischen Sensor) verwendet, die an einer Öffnung in die definierte Strömung eingetaucht werden können.

Strömungskreislauf

Strömungskreislauf


 

Schaumodell

Das Schaumodell wird zu Präsentationszwecken genutzt (z.B. auf dem TU-Day). Es besteht aus einem kleinen Wellenkanal (3 m × 0,28 m × 0,37 m), der auf einer mobilen Holzkonstruktion befestigt wurde. Mittels Knopfdruck werden mit einem Wellenpaddel regelmäßige Wellen erzeugt, die über die Motorfrequenz und Paddelbewegung manuell verändert werden können. Das Schaumodell ist längst durch eine Plexiglas-Scheibe unterteilt. Im vorderen Bereich ist eine einfache Böschung eingebaut und im hinteren Bereich eine Böschung mit einer vorgelagerten Flachwasserzone. So können die Unterschiede beim Brechverhalten der Welle und der damit verbundenen Energieumsetzung direkt verdeutlicht werden. Im vorderen Abschnitt wird mittels künstlichen Seegrases zusätzlich die Bewegung der Wasserpartikel unter einer Welle visualisiert.

Schaumodell

Schaumodell



  aktualisiert am 16.01.2019
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