Labore, Numerik und technische Ausstattung
Labore, Technik und Numerik
am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft
Wasserbauliche Versuchseinrichtungen
Im Rahmen einer Laborkooperation innerhalb der Abteilung Bauwissenschaften der UDE arbeiten die Labore des Institutes mit den Laboren der Fachgebiete Geotechnik (Univ.-Prof. Dr.-Ing. E. Perau) und Siedlungswasser- und Abfallwirtschaft (Univ.-Prof. Dr.-Ing. R. Widmann) im Verbund. Aus dieser Kooperation resultiert für unsere Forschungsaktivitäten und Auftraggeber ein leistungsfähiger und übergreifender Zugriff auf eine Fülle hochwertiger Laboranalyseverfahren für wasserbezogene Fragestellungen aus den Bereichen Wasserbau, Geotechnik und Gewässerschutz.
Im Labor des Instituts für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Duisburg-Essen wird neben der Lehre und Ausbildung für Studentinnen und Studenten, Forschung und Entwicklung betrieben. Hierzu sind Räumlichkeiten des Wasserbaulabors unterteilt in ein ca. 120 m² großes Lehrlabor, als Teil einer größeren Laborhalle in der ersten Etage innerhalb der Gebäudebrücke V15. Die Fläche des Forschungslabors befindet sich in einer Versuchshalle auf zwei Ebenen mit einer Grundfläche von insgesamt ca. 480 m² und 10 m Höhe.
Die wasserbaulichen Versuchseinrichtungen im Video
Lehrlabor
Das Lehrlabor wird für Praktika zur Ausbildung von Studenten genutzt. Hierzu steht ein 7,5 m langes Versuchsgerinne mit einem Querschnitt von 409x500 mm sowie einige Versuchsmodule der Firma GUNT zur Verfügung.
Das Lehrgerinne dient in Praktika zur Veranschaulichung von Strömungen und Strömungszuständen im offenen Gerinne. Im Gerinne herrscht ein geschlossener Wasserkreislauf und das Gefälle lässt sich stufenlos einstellen.
Für die Lehrrinne stehen derzeit folgende Einbauten zur Verfügung:
Venturikanal, mobiler Venturikanal (Kreiszylinder), Wehr mit WES-Profil.
Weitere Einbauten sind in Vorbereitung, u. a. Schützenwehr, scharfkantiges und breitkroniges Wehr, Sohlschwelle, Segmentwehr, Tosbecken und Wellengenerator.
Laborpraktikum im Modul Wasserbau 2
Im Rahmen des Bachelor-Moduls Wasserbau 2 – Hydromechanik II und hydraulische Modelle (Wintersemester) führen die Studierenden in Kleingruppen Versuche an den GUNT-Modulen durch. Die dabei gewonnenen Messergebnisse werden anschließend in begleitenden Rechenaufgaben ausgewertet, sodass die Inhalte der Vorlesung praktisch nachvollzogen werden können.
GUNT-Module
Module der Firma GUNT Hamburg werden auf einer Basiseinheit betrieben, welche beliebig mit einer Vielzahl von Einheiten bestückt werden kann:
- Gesetz von Bernoulli
- Visualisierung von Stromlinien
- Funktionsprinzip der Francis-Turbine
- Funktionsprinzip der Pelton-Turbine
- Kreiselpumpen
- Grundprinzipien der Durchflussmessung
- Hydrostatischer Druck in Flüssigkeiten
- Kavitation
- Druckstöße und Wasserschloss
- Energieverlust in Rohrleitungselementen
- Ausbildung von Flussläufen
- Instationäre Abflussvorgänge bei Speichern
Versuchshalle
In einer gemeinsam mit dem Fachgebiet Siedlungswasser- und Abfallwirtschaft genutzten ca. 480 m² großen Versuchshalle findet die Forschung statt.
Hierzu steht eine eigens erstellte rechteckige Kipprinne mit einem Querschnitt von 790x480 mm zur Verfügung. Die Messtrecke umfasst 10 m. Der Wasserstand kann über ein Klappenwehr gesteuert werden. Die Aufzeichnung von Sensordaten erfolgt direkt an einem angeschlossenen PC in der Halle. Einzelne Messpunkte können dabei gezielt über eine motorbetriebene Traverse angesteuert werden.
Für diese Versuche sowie den Feldeinsatz steht Messtechnik für z.B. Fließgeschwindigkeit, Druck, Wasserstände, Geländebeschaffenheit zur Verfügung (Messtechnische Ausstattung Wasserbaulabor).
Die Wasserversorgung für die wasserbaulichen Versuche erfolgt über 3 Niederdruckkreiselpumpen mit einer Gesamtleistung von bis zu 55 kW und einer maximalen Fördermenge von ca. 360 l/s. Das Brauchwasser wird aus einem Vorlagebehälter mit einem Volumen von 80 m³ bezogen und im Regelfall im Kreislauf wieder zurückgeführt.
Die Durchflussmessung erfolgt an den Rohrleitungen durch magnetisch-induktive Durchflussmesser (MID).
Numerik
Für numerische Untersuchungen werden am Institut folgende Programme eingesetzt:
HEC-RAS
Frei verfügbares Programm des U.S. Army Corps of Engineers zur ein- und
zweidimensionalen hydraulischen Modellierung von Fließgewässern, z. B. für Wasserspiegellagen und
Überflutungsflächen.
FLOW-3D
Kommerzielle CFD-Software zur dreidimensionalen Simulation von Strömungen mit freier
Oberfläche, z. B. an Bauwerken wie Wehren oder Durchlässen.
OpenFOAM
Open-Source-Werkzeugkasten für numerische Strömungsmechanik
(Finite-Volumen-Verfahren), u. a. für detaillierte 3D-Strömungssimulationen bis hin zu
turbulenzauflösenden Verfahren (LES).
Feldmessungen
Drohnen Fernerkundung
- DJI Matrice 210 RTK
- DJI Mavic 2 pro
- DJI Phantom 4 pro
RTK-GNSS Vermessung
- Leica Zeno 20
- Emlid Reach Rs+
Messflügel, ADV Fließgeschwindigkeitsmessung
- Nortek Vectrino Plus (Feldsonde)
- Schildknecht MiniAir20