Wechselsprung
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Der Wechselsprung (auch Hydraulischer Sprung) ist ein Begriff aus der Hydraulik. Es handelt sich um ein Phänomen, das bei Gerinneströmung auftritt.
Wenn der Abfluss in einem Gerinne langsamer ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Störungen (Wellen), dann wird dies als strömender oder unterkritischer Abfluss bezeichnet (Fr < 1).
Wenn der Abfluss schneller als die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Störungen erfolgt, dann wird dies als schießender oder überkritischer Abfluss bezeichnet (Fr > 1).
Zur Unterscheidung benutzt man die Froude-Zahl
mit
- v = mittlere Geschwindigkeit,
- g = Schwerebeschleunigung,
- h = Wassertiefe.
Ein Wechselsprung (hydraulischer Sprung) entsteht beim Fließübergang vom schießenden zum strömenden Abfluss:
- Übergang erfolgt plötzlich (diskontinuierlich)
- wesentliche Verluste beim Hineinschießen vom Oberwasser in das Unterwasser
- Wassertiefe ist grösser als die Wassergrenze
- Geschwindigkeit ist kleiner als die Geschwindigkeitsgrenze
Ein zweite Art von Fließübergang entsteht vom strömenden zum schießenden Abfluss:
- Voraussetzung ist die Gerinneunstetigkeit
- Veränderung der Wassertiefe ist kontinuierlich
- Geschwindigkeit ist größer als die Geschwindigkeitsgrenze
Ein hydraulischer Sprung ist z. B. die Wasserwalze.
Ein analoges Phänomen sind Stoßwellen in Gasströmungen. Der Froude-Zahl in Gerinneströmungen entspricht dabei die Mach-Zahl in Gasen.
Weiterhin ist der Mechanismus der Energieumwandlung beim Wechselsprung demjenigen beim Brechen von Brandungswellen verwandt.
[Bearbeiten] Literatur
[1] H. Jirka et. al.: Gerinnehydraulik, Institut für Hydromechanik der Universität Karlsruhe, 2005
