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Das Fachbuch klärt den Leser kompetent und nachvollziehbar über die Grundlagen der Hydromechanik auf.
Das Fachbuch vermittelt das Grundwissen des konstruktiven Wasserbaus im Binnenland.
Der auf Kolben oder Stempel wirkende Druck, wird Kolbendruck oder Stempeldruck genannt.
Bei der hydraulischen Presse sind ein Druckkolben und ein Arbeitskolben über eine gemeinsame Leitung verbunden. Mit einer kleinen Kraft am Druckkolben kann eine große Kraft am Arbeitskolben erzeugt werden.
Die Kolbenkräfte verhalten sich wie die Kolbenflächen bzw. Quadrate der Kolbendurchmesser.
Die Kolbenhübe verhalten sich umgekehrt wie die Kolbenflächen bzw. die Quadrate der Kolbendurchmesser.
Bei der Druckübersetzungen bzw. Druckumwandlung verhält sich der Betriebsdruck umgekehrt proportional zu den wirksamen Kolbenflächen.
Das bedeutet ein Druck oder eine Kraft wird mit Hilfe eines hydraulischen Systems verstärkt oder verringert.
Druckarbeit bei Erzeugung des Kolbendrucks.
Bei konstantem Druck p ist die Druckarbeit W gleich dem Produkt aus Druck p und der Volumenänderung dV
Ändert sich der Druck (Pressarbeit) berechnet sich die Druckarbeit wie folgt.
Der hydrostatische Druck, auch Gravitationsdruck oder Schweredruck, ist der Druck, der sich innerhalb eines ruhenden Fluides, das ist eine Flüssigkeit oder ein Gas, durch den Einfluss der Gravitation einstellt.
Der hydrostatische Druck hängt nicht von der Form eines Gefäßes ab. Entscheidend für den Druck am Boden ist alleine die Höhe des Fluid- bzw. Flüssigkeitsspiegels und dessen Dichte. Die absolute Menge des Fluides im Gefäß ist nicht maßgebend.
Als kommunizierende Röhren oder kommunizierende Gefäße bezeichnet man oben offene, aber unten miteinander verbundene Gefäße. Eine homogene Flüssigkeit steht in ihnen gleich hoch, weil die Schwerkraft und der Luftdruck konstant sind.
Die geodätische Saughöhe ist die maximale Höhe, bei der Wasser durch Pumpen angesaugt werden kann, ohne dass das Wasser Verdampft.
Diese maximale Höhe beträgt durch Reibung in der Saugleitung in der Pumpentechnik bei maximal 7 m bis ca. 8 m.
Den Druck in einer Flüssigkeit, der infolge der Gewichtskraft einer darüber liegenden Flüssigkeitssäule entsteht, nennt man Schweredruck.
Die Größe der Seitendruckkraft wird im Flächenschwerpunkt F der Seite ermittelt.
Wegen des mit der Tiefe lineare zunehmenden Schweredrucks, ergibt sich eine ungleichförmige Druckverteilung über der gedrückten Fläche.
Die Kraft greift deshalb nicht im Flächenschwerpunkt S, sondern im tiefer liegenden Druckmittelpunkt D an.
| Flächenform | Fläche A | Abstand LS | Trägheitsmoment IS |
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Die aufwärts gerichtete Seitendruckkraft, entspricht einer scheinbaren Gewichtskraft G, die eine Flüssigkeitssäule der Höhe Δh und der Druckfläche AD entspricht.
Ob ein Körper sinkt, schwebt, steigt oder schwimmt, hängt vom Verhältnis zwischen seiner Gewichtskraft
und der auf ihn in entgegengesetzter Richtung wirkenden Auftriebskraft ab.
Diese Auftriebskraft ist gleich der Gewichtskraft der vom Körper verdrängten Flüssigkeits- oder Gasmenge.
Der statische Auftrieb eines vollständig in eine Flüssigkeit eingetauchten Körpers ist gleich der Gewichtskraft des verdrängten Flüssigkeitsvolumens.
Die Geschwindigkeitsverteilung in Gerinnen ist im Gegensatz zum Kreisquerschnitt asymmetrisch.
An den Kanalwänden und der -sohle ist die Geschwindigkeit null.
Die maximale Geschwindigkeit liegt etwas unterhalb des Wasserspiegels bei ca. 4/5 der Kanaltiefe.
Mittlere Geschwindigkeit
Gerinne
Rohrquerschnitt
Bei der Fließformel betrachtet man die Kanalströmung als eine Rohrströmung. Bei dem nicht
kreisförmigen Querschnitt berücksichtigt man, dass nur ein Teil des Querschnittsumfangs ein benetzter Umfang ist
der beim hydraulischen Durchmesser berücksichtigt wird.
Die Höhendifferenz z1 - z2 dient zur Überwindung der Reibungsverluste hv.
Reibungsverlust der Höhe nach Darcy-Weisbach
Fließgefälle
Ist das Gerinne ausreichend breit, ähnelt das Geschwindigkeitsprofil in vertikaler Richtung dem der Strömung an der Wand. Die Kanalreibungszahl kann dann nach Colebrook-White ermittelt werden.
Kanalreibungszahl
Hydraulischer Durchmesser
Die Fließformel stellt einen Zusammenhang zwischen mittlerer Geschwindigkeit bzw. dem Durchfluss, der Rauigkeit und dem Energiegefälle her.
Mittlere Kanalgeschwindigkeit
Die Fließformel nach Chézy ist eine ältere empirische ermittelte Formel.
Mittlere Kanalgeschwindigkeit
Fließgefälle
Beiwert nach Bazin
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| Kanalwand | Beiwert α (m1/2) | Kanalwand | Beiwert α (m1/2) |
| gehobeltes Holz Zementglattstrich glatte Metallfläche | -0,043 | ungehobeltes Bretter glatt verputzter Beton | 0,044 |
| Quaderwände | 0,17 | sorgfältig ausgeführtes Bruchsteinmauerwerk | 0,31 |
| normales Bruchsteinmauerwerk gut verschalter unverputzter Beton |
0,48 | unbefestigte Erdsohle feiner Kies mit Sand grobes Bruchsteinmauerwerk |
0,85 |
| Böschung und Sohle in Erde | 1,3 | unregelmäßige Wandungen rau aus dem Fels gesprengt | 2,1 |
Die Fließformel nach Manning-Stickler wird wegen ihrer einfachen Handhabung weit verbreitet.
Mittlere Kanalgeschwindigkeit
Fließgefälle
| Gerinntyp | Beiwert KMS (m1/2) | Gerinntyp | Beiwert KMS (m1/2) |
| Erdkanäle | Gemauerte Kanäle | ||
| - in festem Material | 60 | - Ziegelmauerwerk, Klinker | 80 |
| - mit Sohle und Sand | 45-50 | - Bruchsteinmauerwerk | 70-80 |
| - aus Feinkies 10/20/30 mm | 45 | - Mauerwerk | 60 |
| - aus mittlerem Kies 20/40/60 mm | 40 | - Bruchsteinmauerwerk behauene Steine | 60 |
| - aus Grobkies 50/100/150 mm | 35 | - grobes Bruchsteinmauerwerk | 50 |
| - aus Sand, Lehm | 25-30 | - Bruchsteinwände, gepflasterte Böschungen | 45-50 |
| Betonkanäle | Holzgerinne | ||
| - Zementglattstrich | 100 | - neue glatte Gerinne | 95 |
| - Glattverputz | 90-95 | - gehobelte, gut gefügte Bretter | 90 |
| - Beton geglättet | 90 | - ungehobelte Bretter | 80 |
| - Stampfbeton mit glatter Oberfläche | 60-65 | - ältere Holgerinne | 65-70 |
| - alter Beton, unebene Fläche | 60 | Blechgerinne | |
| - Grobe Betonauskleidung | 55 | - glatte Rohre | 90-95 |
| - ungleichmäßige Betonflächen | 50 | - neue gusseiserne Rohre | 90 |
| - Beton bei Stahlschalung | 90-100 | - Rohr mit nicht versenkten Nieten | 65-70 |
| Felskanäle | Natürliche Wasserläufe | ||
| - mittelgrober Felsausbruch | 25-30 | - mit fester Sohle | 40 |
| - Felsausbruch bei Sprengung | 20-25 | - Flussbett verkrautet | 30-35 |
| - grober Felsausbruch | 15-20 | - Wildbach mit grobem Geröll | 25-28 |
Der hydraulische Radius ist ähnlich wie der hydraulische Durchmesser definiert und wird zur Berechnung von Strömungen in offenen Gerinnen angewendet.
| Kanalform |  |
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| Breite B (m) |  |
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| Mittlere Wassertiefe (m) |
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| Querschnittsfläche (m2) |  |
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| Benetzter Umfang (m) |  |
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| Hydraulischer Radius (m) |  |
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