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Self-aeration is traditionally explained by the water turbulent boundary layer outer edge intersection with the free surface. This paper presents a discussion on the commonly accepted hypothesis behind the computation of the critical point of self-aeration in spillway flows and a new formulation is proposed based on the existence of a developing air flow over the free surface. Upstream of the inception point of self-aeration, some surface roughening has been often reported in previous studies which consequently implies some entrapped air transport and air–water flows coupling. Such air flow is proven in this study by presenting measured air velocities and computing the air boundary layer thickness for a 1V:2H smooth chute flow. Additionally, the growth rate of free surface waves has been analysed by means of Ultrasonic Sensors measurements, obtaining also the entrapped air concentration. High-speed camera imaging has been used for qualitative study of the flow perturbations.
A new formulation for the prediction of free surface dynamics related to the turbulence occurring nearby is proposed. This formulation, altogether with a breakup criterion, can be used to compute the inception of self-aeration in high velocity flows like those occurring in hydraulic structures. Assuming a simple perturbation geometry, a kinematic and a non-linear momentum-based dynamic equation are formulated and forces acting on a control volume are approximated. Limiting steepness is proposed as an adequate breakup criterion. Role of the velocity fluctuations normal to the free surface is shown to be the main turbulence quantity related to self-aeration and the role of the scales contained in the turbulence spectrum are depicted. Surface tension force is integrated accounting for large displacements by using differential geometry for the curvature estimation. Gravity and pressure effects are also contemplated in the proposed formulation. The obtained equations can be numerically integrated for each wavelength, hence resulting in different growth rates and allowing computation of the free surface roughness wavelength distribution. Application to a prototype scale spillway (at the Aviemore dam) revealed that most unstable wavelength was close to the Taylor lengthscale. Amplitude distributions have been also obtained observing different scaling for perturbations stabilized by gravity or surface tension. The proposed theoretical framework represents a new conceptualization of self-aeration which explains the characteristic rough surface at the non-aerated region as well as other previous experimental observations which remained unresolved for several decades.
Vectrino profiler spatial filtering for shear flows based on the mean velocity gradient equation
(2018)
A new methodology is proposed to spatially filter acoustic Doppler velocimetry data from a Vectrino profiler based on the differential mean velocity equation. Lower and upper bounds are formulated in terms of physically based flow constraints. Practical implementation is discussed, and its application is tested against data gathered from an open-channel flow over a stepped macroroughness surface. The method has proven to detect outliers occurring all over the distance range sampled by the Vectrino profiler and has shown to remain applicable out of the region of validity of the velocity gradient equation. Finally, a statistical analysis suggests that physically obtained bounds are asymptotically representative.
Air-water flows can be found in different engineering applications: from nuclear engineering to huge hydraulic structures. In this paper, a single tip fibre optical probe has been used to record high frequency (over 1 MHz) phase functions at different locations of a stepped spillway. These phase functions have been related to the interfacial velocities by means of Artificial Neural Networks (ANN) and the measurements of a classical double tip conductivity probe. Special attention has been put to the input selection and the ANN dimensions. Finally, ANN have shown to be able to link the signal rising times and plateau shapes to the air-water interfacial velocity.
Sensitivity of turbulent Schmidt number and turbulence model to simulations of jets in crossflow
(2016)
Environmental discharges have been traditionally designed by means of cost-intensive and time-consuming experimental studies. Some extensively validated models based on an integral approach have been often employed for water quality problems, as recommended by USEPA (i.e.: CORMIX). In this study, FLOW-3D is employed for a full 3D RANS modelling of two turbulent jet-to-crossflow cases, including free surface jet impingement. Results are compared to both physical modelling and CORMIX to better assess model performance. Turbulence measurements have been collected for a better understanding of turbulent diffusion's parameter sensitivity. Although both studied models are generally able to reproduce jet trajectory, jet separation downstream of the impingement has been reproduced only by RANS modelling. Additionally, concentrations are better reproduced by FLOW-3D when the proper turbulent Schmidt number is used. This study provides a recommendation on the selection of the turbulence model and the turbulent Schmidt number for future outfall structures design studies.
Bauwirtschaft
(2024)
Die Leistungen der Bauwirtschaft und deren wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland werden anhand einer Vielzahl statistischer Daten verdeutlicht. Die im Vergleich zu anderen Wirtschaftsbereichen auftretenden branchenspezifischen Besonderheiten der Bauwirtschaft werden anhand von verschiedenen Kriterien herausgearbeitet. Das Zusammenspiel der einzelnen Akteure des Sektors und die dabei sich ergebenden bzw. zu beachtenden Rechts- und Vertragsgrundlagen werden dargestellt. Aufgrund der meist erheblichen Höhe des eingesetzten Kapitals werden auch notwendige Formen der Risikoabsicherungen und der in der Branche üblichen und teilweise vorgeschriebenen Versicherungsmöglichkeiten angesprochen.
Boden, Baugrube, Verbau
(2016)
Die Lösung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchführung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die für die Planung und Durchführung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abhängigkeit der erforderlichen Güteklasse der Proben beschrieben und vorgestellt.
Der baurechtliche Vertrag
(2019)
Anhand von kurzen theoretischen Einführungen werden anhand von Beispielen die wesentlichen Aspekte des baurechtlichen Vertrages erläutert. Nach einer Einführung über das Zustandekommen von (Bau-) Verträgen wird die für Streitfälle unerlässliche Dokumentation auf Baustellen erläutert. Hierbei werden Hinweise zur Erstellung von Protokollen, zum E-Mail bei Großprojekten und zur Dokumentation von Stundenlohnarbeiten gegeben. Des Weiteren wird eine Schriftverkehrsliste vorgestellt, die zur Nachverfolgung des Schriftverkehrs bei Großprojekten unerlässlich ist.
Anschließend werden die typischen Vertragsarten vorgestellt, die bei der Abwicklung von Großprojekten zu beachten sind und die Unterschiede werden durch Fallbeispiele erläutert.
Einen Schwerpunkt des Kapitels bilden auftragsnehmerseitige Verzüge sowie mangelbehaftete Leistungen. Hier werden Hinweise gegeben, wie in den entsprechenden Situationen zu reagieren ist.
Baukosten und Finanzierung
(2019)
Boden, Baugrube, Verbau
(2019)
Im folgenden Kapitel werden die wichtigsten geotechnischen Nachweise sowie praxisnahe Beispiele für den Baubetrieb aufgeführt. Es wird im Wesentlichen auf die Bodenbeschreibung und Klassifikation nach DIN 18196 sowie nach DIN 18300 eingegangen, welche sowohl für die weiteren Berechnungen als auch für die Kalkulation von großer Bedeutung sind.
Die aus der Praxis aufgeführten Beispiele verdeutlichen verschiedene Untersuchungs- und Auswertungsmethoden für direkte und indirekte Aufschlüsse, diese enthalten Labor- und Feldversuche, mit denen man die Verdichtbarkeit von Böden auswertet und quantifiziert, sowie viele andere Themenbereiche wie Erddruckberechnungen sowie Spannungs- und Setzungsberechnungen.
Darüber hinaus werden exemplarisch bestimmte Verbauarten bezüglich ihrer Bemessung erläutert. Es wird ebenfalls auf das Thema Wasserhaltung eingegangen und die erforderlichen Maßnahmen beschrieben, um bestimmte Versagensmechanismen - wie z.B. den hydraulischen Grundbruch - zu verhindern.
Durch das öffentliche Baurecht werden die Zulässigkeit, die Grenzen, die Ordnung und die Förderung der baulichen Nutzung des Bodens geregelt.
Die Ausschreibung und die Vergabe sind von essenzieller Bedeutung für ein Bauvorhaben und werden deshalb in der HOAI mit zwei Leistungsphasen abgebildet: nämlich mit der Leistungsphase 6 Vorbereitung der Vergabe sowie der Leistungsphase 7 Mitwirkung bei der Vergabe. Im Zuge der Ausschreibung und der Vergabe werden die für den AG anfallenden Kosten festgelegt und bilden somit die letzte größere Stellschraube für Preiseinsparungen.
Boden, Baugrube, Verbau
(2024)
Die Lösung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchführung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die für die Planung und Durchführung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abhängigkeit der erforderlichen Güteklasse der Proben beschrieben und vorgestellt.
Kalkulation
(2024)
Das Kapitel behandelt die Kosten- und Preisermittlung, die Kostenvorgabe und Kostenkontrolle.
Der Angebotspreis wird aufgeschlüsselt in die Einzelkosten der Teilleistungen, die Baustellengemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten und einen Zuschlag für Wagnis und Gewinn. Auf der Basis der Angebotskalkulation werden die Vorgaben für die Kostenkontrolle entwickelt.
Kein Bauvorhaben sollte realisiert werden, ohne dass es auf einer vertraglichen Grundlage zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer fußt. Diese vertragliche Grundlage zu kennen ist essenziell, um dementsprechend handeln zu können. Denn nur wer seine eigenen Rechte und auch Pflichten kennt, kann sich auf diese berufen.
The determination of spacing, edge and end distance requirements for self-tapping screws requires numerous and comprehensive insertion tests. Yet the results of such tests cannot be transferred to other types of screws or even to screws of different diameter because of differences in shape or geometry. To reduce the effort of insertion tests a new method was developed which allows the estimation of required spacings, distances and timber thickness.
Zur Kühlung von Abwärmeströmen aus Kraftwerksprozessen werden in zunehmenden Maße Hybridzellenkühltürme mit Zwangskonvektion eingesetzt, deren wesentlicher Vorteil ihre geringe Bauhöhe ist. Um bei derartigen Kühltürmen eine Sichtbehinderung oder Glatteisgefährdung durch bodennahen Nebel zu vermeiden, muss durch eine optimale Vermischung des Trocken- und Naßluftanteils gewährleistet sein, daß aus der Kühlturmkrone keine Nebelschwaden austreten. In Zusammenarbeit mit der Industrie betreibt der Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik der RWTH Aachen einen Versuchsstand zur Erfassung der Mischungsgüte in Hybridzellenkühltürmen. In maßstabsgerechter Nachbildung können dabei am Modell alle relevanten Einflußgrößen wie Kühlturmgeometrie, Gestaltung zusätzlicher Mischeinbauten sowie die Betriebsparameter variiert werden. Mit Hilfe einer unter LabView 5.01 erstellten Software werden sowohl die l3etriebszustüncle online überwacht, als auch die benötigten Meßwerte zur Bestimmung der Mischungsgüte erfaßt. Über die grafische Oberfläche können sämtliche Meßoptionen gesteuert sowie alle Meßdaten visualisiert und kontrolliert werden. In das LabView-Programm sind darüber hinaus Routinen zur Auswertung der Daten implementiert worden, die sowohl eine direkte Darstellung der Ergebnisse in Form von Diagrammen ermöglichen, als auch zur Weiterverarbeitung einen Datenexport in eine Microsoft- Excel-Tabelle vorsehen.
Zwangsbelüftete Nasskühltürme haben im Gegensatz zur Trockenkühlung bei naßkaltem Wetter Nebelschwaden zur Folge. Dagegen ist bei Naßkühlung die spezifische Kühlleistung durch abgeführte Kondensationswärme höher als bei der Trockenkühlung. Hybridzellenkühltürme kombinieren beide Methoden, so daß ein Mischstrom beider Abluftströme die Wasserdampf-Sättigungsgrenze nicht überschreitet. Durch das Mischungsverhältnis kann man den gewünschten Sättigungsgrad einstellen. Je dichter dieser an der Sättigungsgrenze liegt, desto höher ist die Kühlleistung. Der von unten zugeführte Luftstrom der Naßkühlung und der seitlich zugeführte trockene Abluftstrom müssen sehr gut durchmischt werden, um über den gesamten Austrittsquerschnitt des Kühlturms die Sättigungsgrenze nicht zu überschreiten. In einem maßstabsgerechten Modell wurde der Mischungsgrad mit und ohne Einbauten untersucht. Über ein Raster von 10 mal 10 Punkten wurde die örtliche Temperaturverteilung ermittelt. Wärmebilanzen ergeben dann die Mischungsgüte in einer Ebene oberhalb der Zellenkrone. Während ohne Mischeinbauten der Trockenluftanteil in der Mitte des Querschnitts bei unter 15 % liegt erhöhen Einbauten den Trockenluftanteil auf 30 % bis über 40 %. Dabei wurde die Trockenluft auf jeder Kühlturmseite durch 4 konisch zulaufende, unten offene und oben geschlitzte Einbauten kanalisiert. Die Nassluft wurde durch eine im Querschnitt dreieckige Rinne in Richtung der Trockenluftauslässe umgelenkt. Im Raster leicht zu lokalisierende Abweichungen vom gewünschten Mittelwert zeigen Potential für die weitere Verbesserung der Einbauten.
Wasserwirtschaft
(2004)
Neue Kläranlage Rostock - kombinierter Einsatz von Belebungs- und Aufstromfiltrationsverfahren
(1996)
Siedlungswasserwirtschaft
(2007)
Siedlungswasserwirtschaft
(2012)
Siedlungswasserwirtschaft
(2007)
Siedlungswasserwirtschaft
(2015)
Siedlungswasserwirtschaft
(2012)
Siedlungswasserwirtschaft
(2009)
Wasserwirtschaft
(2005)
Siedlungswasserwirtschaft
(2015)
Nachfolgende Ausführungen und Berechnungsbeispiele beziehen sich auf Kapitel 19 Siedlungswasserwirtschaft im „Wendehorst: Bautechnische Zahlentafeln 35. Auflage 2015“ (abgekürzt: BZ). Für den Bau von Anlagen der Siedlungswasserwirtschaft sind ebenso die Grundlagen der Hydraulik zu berücksichtigen. Aus diesem Grunde sind auch die entsprechenden Ausführungen zur Hydraulik zu beachten.
Stahlbau
(2012)
Stahlbau
(2015)
Es ist zwischen Stählen bis S460 und solchen mit höherer Streckgrenze zu unterscheiden. Stähle bis S460 sind auch für die plastische Tragwerksberechnung nach dem Fließgelenkverfahren zugelassen. Bei Stählen oberhalb S460 bis S700 ist neben der elastischen eine nichtlineare plastische Tragwerksberechnung unter Berücksichtigung von Teilplastizierungen von Bauteilen in Fließzonen möglich.
Stahlbau
(2015)
Kalkulation
(2016)
Das Kapitel behandelt die Kosten- und Preisermittlung, die Kostenvorgabe und Kostenkontrolle.
Der Angebotspreis wird aufgeschlüsselt in die Einzelkosten der Teilleistungen, die Baustellengemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten und einen Zuschlag für Wagnis und Gewinn. Auf der Basis der Angebotskalkulation werden die Vorgaben für die Kostenkontrolle entwickelt.
Kalkulation
(2019)
Dr.-Ing. Oliver Stoschek [u.a.] DHI Wasser und Umwelt GmbH, Syke. 14 S. (S. 45-58). Beitrag zum 2. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <2, 2009, Aachen> Ökologische Modelle zur Berechnung der Temperaturveränderung und den Einfluss von Kühlwasser auf die Wassertemperatur der Elbe. Die vorgelegte Arbeit wurde beauftragt und unterstützt von der ARGE Elbe im Zuge der Neuauflage des Wärmelastplans Elbe.
Die ökologische Umgestaltung der Dhünn in Leverkusen – Ein Beispiel für die praktische Planung
(2009)
Dipl.-Ing. (FH) Dieter Stein M.Sc (Environmental Engineering) - Landschaftsarchitekt AKNW, Grevenbroich. 14 Seiten ( S. 78-91). Beitrag zum 2. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <2, 2009, Aachen>. Zusammenfassung [des Autors] Unter Berücksichtigung vorhandener örtlicher Gegebenheiten und technischer Einrichtungen (wie z.B. Verkehrstrassen, Versorgungsleitungen, Einlaufbauwerke etc.) hat die Dhünn innerhalb der Deiche mehr Bewegungsfreiheit erhalten. Der Hochwasserschutz bleibt dabei weiterhin gewährleistet. Die Gehölzstrukturen im Uferbereich wurden weitgehend erhalten. Dort, wo die Bauarbeiten eine Entfernung von Gehölzen erforderlich machten, wurden die Flächen bewusst einer eigenständigen Entwicklung überlassen. In diesen Bereichen werden sich im Laufe der Zeit von selbst neue Pflanzen und Gehölze ansiedeln. Mit der naturnahen Umgestaltung der Dhünn als "Starthilfe" kann die Natur die weitere Entwicklung übernehmen: Tier- und Pflanzenarten können sich das ehemals kanalartig ausgebaute Gewässer "zurückerobern", Fische und Kleintiere finden Nahrung und Ruheplätze. Für die Menschen entsteht ein wertvoller Erholungsraum mitten in der Stadt. Trotz zahlreicher Akteure und erheblicher Restriktionen konnte das Projekt in relativ kurzer Zeit realisiert werden. Dem Wupperverband (Untere Lichtenplatzer Str. 100; 42289 Wuppertal) und hier vor allem den Projektleitern Herrn Arnim Lützenberger und Herrn Andreas Oberborbeck sei an dieser Stelle besonders für eine hervorragende Zusammenarbeit gedankt.
Abstract des Beitrags zum 1. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <1, 2007, Aachen> 1 S. : Bereits seit Jahrzehnten werden verschiedenste Injektions-Verfahren, welche teilweise aus den Vereinigten Staaten lizenziert wurden, in Deutschland angewendet, um Abwasserkanäle zu ertüchtigen. Die Resultate sind teilweise sehr umstritten, nicht zuletzt aufgrund unzureichender Materialeigenschaften in den Anfangsjahren der Anwendung. Viele Methoden sind darüber völlig aus dem Gebrauch gekommen und haben manchmal das ganze Verfahrensprinzip in Verruf gebracht. Mittlerweile wurden sowohl Verfahren als auch Materialien weiterentwickelt und sind nun in der Lage auch den aktuellen strengen und praxisnahen Testverfahren mittels Säuleninjektionsversuchen zur Beurteilung Umweltverträglichkeit zu genügen. Es wird ein kurzer Überblick über die derzeit am Markt befindlichen/üblichen Regelwerke, Verfahren und Materialien gegeben und die Grenzen und Möglichkeiten im Rahmen der Kanalsanierung aufgezeigt.
Möglichkeiten und Probleme der reflektorlosen Distanzmessung gezeigt am Beispiel des Wild DIOR 3002
(1988)
Der Laserimpuls-Distanzmesser Distomat Wild DI3000 - Messprinzip und Genauigkeitsuntersuchung
(1987)
Vermessung
(2019)
Siebel, Lothar: Bauteile sicher beurteilen: Wärme, Feuchte, Schall. Erkennen der Einflüsse, einfaches Abschätzen und Bewerten in Planung und Ausführung. 1. überarb. Nachdruck / Lothar Siebel. Aachen: LBB 1996. 95 S. : Ill., graph. Darst. (Landesinstitut für Bauwesen und Angewandte Bauschadensforschung NRW : 2 ; 19) ISBN 3-930860-30-9
Schallschutz von Trenndecken
(1991)
The worldwide Corona pandemic has severely restricted student projects in the higher semesters of engineering courses. In order not to delay the graduation, a new concept had to be developed for projects under lockdown conditions. Therefore, unused rooms at the university should be digitally recorded in order to develop a new usage concept as laboratory rooms. An inventory of the actual state of the rooms was done first by taking photos and listing up all flaws and peculiarities. After that, a digital site measuring was done with a 360° laser scanner and these recorded scans were linked to a coherent point cloud and transferred to a software for planning technical building services and supporting Building Information Modelling (BIM). In order to better illustrate the difference between the actual and target state, two virtual reality models were created for realistic demonstration. During the project, the students had to go through the entire digital planning phases. Technical specifications had to be complied with, as well as documentation, time planning and cost estimate. This project turned out to be an excellent alternative to on-site practical training under lockdown conditions and increased the students’ motivation to deal with complex technical questions.
In the context of the Corona pandemic and its impact on teaching like digital lectures and exercises a new concept especially for freshmen in demanding courses of Smart Building Engineering became necessary. As there were hardly any face-to-face events at the university, the new teaching concept should enable a good start into engineering studies under pandemic conditions anyway and should also replace the written exam at the end. The students should become active themselves in small teams instead of listening passively to a lecture broadcast online with almost no personal contact. For this purpose, a role play was developed in which the freshmen had to work out a complete solution to the realistic problem of designing, construction planning and implementing a small guesthouse. Each student of the team had to take a certain role like architect, site manager, BIM-manager, electrician and the technitian for HVAC installations. Technical specifications must be complied with, as well as documentation, time planning and cost estimate. The final project folder had to contain technical documents like circuit diagrams for electrical components, circuit diagrams for water and heating, design calculations and components lists. On the other hand construction schedule, construction implementation plan, documentation of the construction progress and minutes of meetings between the various trades had to be submitted as well. In addition to the project folder, a model of the construction project must also be created either as a handmade model or as a digital 3D-model using Computer-aided design (CAD) software. The first steps in the field of Building information modelling (BIM) had also been taken by creating a digital model of the building showing the current planning status in real time as a digital twin. This project turned out to be an excellent training of important student competencies like teamwork, communication skills, and self -organisation and also increased motivation to work on complex technical questions. The aim of giving the student a first impression on the challenges and solutions in building projects with many different technical trades and their points of view was very well achieved and should be continued in the future.
Urban farming is an innovative and sustainable way of food production and is becoming more and more important in smart city and quarter concepts. It also enables the production of certain foods in places where they usually dare not produced, such as production of fish or shrimps in large cities far away from the coast. Unfortunately, it is not always possible to show students such concepts and systems in real life as part of courses: visits of such industry plants are sometimes not possible because of distance or are permitted by the operator for hygienic reasons. In order to give the students the opportunity of getting into contact with such an urban farming system and its complex operation, an industrial urban farming plant was set up on a significantly smaller scale. Therefore, all needed technical components like water aeriation, biological and mechanical filtration or water circulation have been replaced either by aquarium components or by self-designed parts also using a 3D-printer. Students from different courses like mechanical engineering, smart building engineering, biology, electrical engineering, automation technology and civil engineering were involved in this project. This “miniature industrial plant” was also able to start operation and has now been running for two years successfully. Due to Corona pandemic, home office and remote online lectures, the automation of this miniature plant should be brought to a higher level in future for providing a good control over the system and water quality remotely. The aim of giving the student a chance to get to know the operation of an urban farming plant was very well achieved and the students had lots of fun in “playing” and learning with it in a realistic way.
Baukosten und Finanzierung
(2006)