Geometrische und hydraulische Rauheit von Rohrleitungen

Derzeitig existieren zur Beschreibung der Oberflächencharakteristik die Rauheitsbegriffe „hydraulische (Wand-)Rauheit“ (z. B. Technische Hydromechanik, Rohrhydraulik) und „geometrische Rauheit“ (z. B. Maschinenbau, Tribologie) weitestgehend parallel, ohne dass eine interdisziplinäre Interaktion erkennbar wird, da entweder die bekannten Beziehungen nicht ausreichend oder nicht aussagekräftig genug sind. Die hydraulische Wandrauheit bei Rohren spiegelt eine rechnerische, die geometrische Rauheit hingegen eine aus der Oberflächenvermessung
generierbare Kenngröße wider. Die folgende Arbeit stellt beide Rauheitsgrößen gegenüber und zeigt erste rechnerische Zusammenhänge zwischen ihnen auf. Ein allgemeines, physikalisch fundiertes sowie mathematisch formuliertes Modell, das die Zusammenhänge generell beschreibt, liegt jedoch noch nicht vor. Zumindest wächst mit steigender geometrischer Rauheit die hydraulische Rauheit und somit der wand rei -
bungs ind uzierte Fließwiderstand an, sodass immerhin ein qualitativer Zusammenhang bewiesen ist.

Fließverluste sind generell sowohl von den Eigenschaften bzw. dem Bewegungszustand eines transportierten Fluids als auch von den Abmessungen und insbesondere von der Wandbeschaffenheit des Strömungsträgers abhängig. Die Wandbeschaffenheit, repräsentiert durch die „hydraulische Rauheit“, beeinflusst maßgeblich das Reibungsverhalten einer Strömung mit dem Strömungsträger. Sie ist im hydraulischen Sinne kein geometrisch abbildbarer, sondern in den Fließformeln ein rechnerischer Wert zur integralen Beschreibung der auftretenden Fließverluste (Q, v, p). Er kann derzeitig hinreichend genau nur in aufwendigen, hydraulischen Versuchen bestimmt werden [1]. Im Allgemeinen wird grob zwischen „natürlicher Rauheit“ naturnaher/natürlicher Gewässer und „technischer Rauheit“ unterschieden. Natürliche Rauheiten ergeben sich aus der Sohlen- und Sedimentzusammensetzung, aus Formeffekten infolge von Riffeln/Riblets/ Dünen und aus vorhandenem Bewuchs. Die Sohlrauheit wird dann meistens über den MANNING-STRICKLER-Beiwert kSt erfasst. Zur weiteren Vertiefung wird auf die Arbeit von DITTRICH [12] verwiesen.



Copyright: © wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH
Quelle: Heft 07 - 2012 (Juli 2012)
Seiten: 8
Preis inkl. MwSt.: € 8,00
Autor: Dr.-Ing. Ulf Helbig
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Stamm

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