A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Kombination klein- und großskaliger physikalischer Modellierung zur Optimierung der Spüleffizienz von Laufkraftwerken.
Combination of small- and large-scale physical modelling to improve the flushing efficiency of Run-of-river hydropower plants
ZusammenfassungDie Skalierung physikalischer Modelle ist häufig bedingt durch räumliche, hydraulische und wirtschaftliche Beschränkungen. Freispiegel-Modelle nach Froude-Ähnlichkeit führen zu Reynolds-Zahlen im Modell, die von der Natur abweichen. Die Skalierung von Sedimenten stößt auf Grenzen, da bei großen Maßstäben eine Verkleinerung des Korns zu unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und somit zu Verfälschungen der Ergebnisse führen kann. Die Universität für Bodenkultur Wien verfügt über das neue BOKU-Wasserbaulabor, ideal für Großversuche bis Maßstab 1:1. Trotz Vorteilen maßstabsgetreuer Versuche behalten skalierte Modelle ihre Bedeutung, vorausgesetzt ihre Limitierungen werden berücksichtigt. Ziel der Arbeit war es, die Vorzüge von Klein- und Großmaßstabsmodellierung zu zeigen und den Einsatz laser-optischer Strömungsmesstechnik anhand konkreter Versuche zu betrachten. Die Arbeit fokussiert sich auf Geschiebetransport in Fließgewässern im Kontext von Laufwasserkraftwerken. Methodisch wurden klein- (1:20) und großskalige (1:1) Modelle verwendet. Der Einfluss der Wehrsegmentstellung auf die Spüleffizienz wurde in einem 1:20-Modell analysiert. Die Wehrsegmentposition beeinflusste die Spüleffizienz deutlich. Der 1:1-Versuch konnte kleinere Korngrößen mitmodellieren, welche im skalierten Modell nicht mehr abgebildet werden können, um Aussagen zum Geschiebetransport bei Mittelwasserabflüssen treffen zu können. Für die freien Abflussverhältnisse im 1:1-Maßstab konnte ein ähnlicher Zusammenhang zwischen Sedimenttransport und Geschwindigkeitsprofil wie im skalierten Modell festgestellt werden. Diese Studie zeigt die Sinnhaftigkeit der Kombination von klein- und großskaligen Modellversuchen.
AbstractThe scaling of physical models is common due to spatial, flow-related, and economic constraints. Free-surface models based on Froude similarity result in model Reynolds numbers that deviate from nature. Scaling of sediments faces limitations, as at large scales, natural fractions would need to be replaced by others, leading to distortions. The University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), hosts the new BOKU River Lab, ideal for large-scale experiments up to a 1:1 scale. Despite the advantages of large-scale experiments, scaled models retain their relevance as long as the prevailing limitations are considered. The goal of the study was to highlight the advantages of small- and large-scale modeling and to examine the application of laser-optical flow measurement techniques through specific experiments. The study focuses on bedload transport in rivers in the context of Run-of-river hydropower plants. Methodologically, both small-scale (1:20) and full-scale (1:1) models were employed. The impact of weir gate positions on flushing efficiency was analyzed in a 1:20 model, revealing a distinct influence. The 1:1 experiment could simulate smaller grain sizes that could no longer be used in the scaled model to make statements about sediment transport behavior at mean flow rates. For the free-flowing conditions on a 1:1 scale, a similar relationship between sediment transport and velocity profile was found as in the scaled model. This study shows the advantages of combining small and large-scale modelling experiments.
Kombination klein- und großskaliger physikalischer Modellierung zur Optimierung der Spüleffizienz von Laufkraftwerken.
Combination of small- and large-scale physical modelling to improve the flushing efficiency of Run-of-river hydropower plants
ZusammenfassungDie Skalierung physikalischer Modelle ist häufig bedingt durch räumliche, hydraulische und wirtschaftliche Beschränkungen. Freispiegel-Modelle nach Froude-Ähnlichkeit führen zu Reynolds-Zahlen im Modell, die von der Natur abweichen. Die Skalierung von Sedimenten stößt auf Grenzen, da bei großen Maßstäben eine Verkleinerung des Korns zu unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und somit zu Verfälschungen der Ergebnisse führen kann. Die Universität für Bodenkultur Wien verfügt über das neue BOKU-Wasserbaulabor, ideal für Großversuche bis Maßstab 1:1. Trotz Vorteilen maßstabsgetreuer Versuche behalten skalierte Modelle ihre Bedeutung, vorausgesetzt ihre Limitierungen werden berücksichtigt. Ziel der Arbeit war es, die Vorzüge von Klein- und Großmaßstabsmodellierung zu zeigen und den Einsatz laser-optischer Strömungsmesstechnik anhand konkreter Versuche zu betrachten. Die Arbeit fokussiert sich auf Geschiebetransport in Fließgewässern im Kontext von Laufwasserkraftwerken. Methodisch wurden klein- (1:20) und großskalige (1:1) Modelle verwendet. Der Einfluss der Wehrsegmentstellung auf die Spüleffizienz wurde in einem 1:20-Modell analysiert. Die Wehrsegmentposition beeinflusste die Spüleffizienz deutlich. Der 1:1-Versuch konnte kleinere Korngrößen mitmodellieren, welche im skalierten Modell nicht mehr abgebildet werden können, um Aussagen zum Geschiebetransport bei Mittelwasserabflüssen treffen zu können. Für die freien Abflussverhältnisse im 1:1-Maßstab konnte ein ähnlicher Zusammenhang zwischen Sedimenttransport und Geschwindigkeitsprofil wie im skalierten Modell festgestellt werden. Diese Studie zeigt die Sinnhaftigkeit der Kombination von klein- und großskaligen Modellversuchen.
AbstractThe scaling of physical models is common due to spatial, flow-related, and economic constraints. Free-surface models based on Froude similarity result in model Reynolds numbers that deviate from nature. Scaling of sediments faces limitations, as at large scales, natural fractions would need to be replaced by others, leading to distortions. The University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), hosts the new BOKU River Lab, ideal for large-scale experiments up to a 1:1 scale. Despite the advantages of large-scale experiments, scaled models retain their relevance as long as the prevailing limitations are considered. The goal of the study was to highlight the advantages of small- and large-scale modeling and to examine the application of laser-optical flow measurement techniques through specific experiments. The study focuses on bedload transport in rivers in the context of Run-of-river hydropower plants. Methodologically, both small-scale (1:20) and full-scale (1:1) models were employed. The impact of weir gate positions on flushing efficiency was analyzed in a 1:20 model, revealing a distinct influence. The 1:1 experiment could simulate smaller grain sizes that could no longer be used in the scaled model to make statements about sediment transport behavior at mean flow rates. For the free-flowing conditions on a 1:1 scale, a similar relationship between sediment transport and velocity profile was found as in the scaled model. This study shows the advantages of combining small and large-scale modelling experiments.
Kombination klein- und großskaliger physikalischer Modellierung zur Optimierung der Spüleffizienz von Laufkraftwerken.
Combination of small- and large-scale physical modelling to improve the flushing efficiency of Run-of-river hydropower plants
Österr Wasser- und Abfallw
Gold, Thomas (author) / Reiterer, Kevin (author) / Hauer, Christoph (author) / Habersack, Helmut (author) / Sindelar, Christine (author)
Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft ; 76 ; 133-141
2024-04-01
Article (Journal)
Electronic Resource
German
| Springer Verlag | 2024
Sanierungsarbeiten an Laufkraftwerken
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Assessment of Sedimentation and Flushing Efficiency for Kajbar Hydropower Project in the Nile River
| British Library Conference Proceedings | 2013
Messung und Modellierung physikalischer Eigenschaften von Kontrastmitteln
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