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Fluid- und Feststofftransport in Rohrsystemen und Pumpstationen

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[Quelle: https://d-nb.info]

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Thematik des hydraulischen Feststofftransports in Druckrohrleitungen zur Bestimmung der hydraulischen Energieverluste des Wasser-Feststoff-Gemisches und der wirtschaftlichen Gemischgeschwindigkeit (der s.g. kritischen Geschwindigkeit) vcrit. Zu diesem Zweck wurde der Transportvorgang in verschiedenen Rohrkonfigurationen (horizontal, schräg und z T. vertikal) an einem physikalischen Modell im Hubert-Engels-Labor des Instituts für Wasserbau und Technische Hydromechanik der Technischen Universität Dresden untersucht. Dabei kamen drei Sandfraktionen zum Einsatz (0,1 - 0,5 mm; 0,71 - 1,25 mm und 1,4 - 2,2 mm). Die Partikel weisen eine Dichte von ρF=2650 kg/cbm auf. Ziel der Untersuchungen war, mithilfe der Messdaten eine Formel zur Berechnung des Verlustanteils der dispersen Phase an dem gesamten Energieverlust besonders für das heterogene und das quasi-homogene Transportregime in Abhängigkeit von den Einflussgrößen (Dichte, Konzentration, Partikeldurchmesser etc.) abzuleiten. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit war, die kritische Gemischgeschwindigkeit genauer zu betrachten und einen entsprechenden Rechenansatz aufzustellen. Diese Geschwindigkeit stellt den Übergang von dem Transport mit beweglicher Sohle zum heterogenen Feststofftransport dar. Nach Abschluss der physikalischen Versuche wurde der Feststofftransport mit der Software ANSYS-Fluent numerisch untersucht. Im Fokus der Modellierung stand die Festsetzung der Wandrandbedingung für die disperse Phase, mit Hilfen derer die physikalisch gemessenen Energieverluste erreicht werden konnten. Die Simulationen wurden mit dem Euler-Granular-Modell durchgeführt. Hierbei wird der Feststoff als zweites Kontinuum betrachtet und seine rheologischen Eigenschaften wurden durch die Erweiterung der kinetischen Theorie der Gase auf die disperse Phase (eng. kinetic theory of granular flow KTGF) berechnet. Das angewendete zwei-Fluid-Modell (TFM) eignet sich sehr gut für alle möglichen vorkommenden Feststoffkonzentrationen und liefert gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen im Gegensatz zu dem Euler-Lagrange-Modell (DPM), welches lediglich bei niedrigen Feststoffkonzentrationen Anwendung findet.

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Forschungsberichte

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Susanne Veser, Jörg Londong
EVaSENS - Einsatz von Vakuum-Inlinern im Bestand. Integration von Unterdruck-Sanitärtechnik im bestehenden Gebäude zur Etablierung von NASS-Systemen
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3038
2017, 52 S., 39 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Anwendung von Neuartigen Sanitärsystemen ist es notwendig, Grau- und Schwarzwasser direkt am Entstehungsort getrennt zu erfassen und abzuleiten. Schwarzwasser wurde als wichtige Nährstoffressource identifiziert. Grauwasser lässt sich einfacher reinigen und wiederverwenden als gemischtes Abwasser. Die technische und ökonomische Möglichkeit, vorhandene Rohrleitungssysteme nachträglich für die Bedürfnisse Neuartiger Sanitärsysteme umzurüsten ist jedoch fraglich. Beide Forschungsfragen wurden in diesem Forschungsprojekt bearbeitet, indem ein neues Inliner-System mit Doppel-Inversionen und zwei Liner-Querschnitten unterschiedlicher Größe für Grau- und Schwarzwasser auf seine Praxistauglichkeit geprüft wurde.

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Konstantin Terytze, Robert Wagner, Judith Ellfeldt, Sebastian Möller
Verfahrensvalidierung des inversen Säulenversuchs zur Bewertung und Beurteilung umweltrelevanter Auswirkungen von Kanalrohrsanierungsmitteln im Flutungsverfahren. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3338
2016, 63 S., 18 Abb. u. 14 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Sanierung von nicht begehbaren Abwasserkanälen und -leitungen werden Bauprodukte als Bodeninjektionsmittel in sog. Flutungsverfahren eingesetzt. Hierbei werden zwei Komponenten nacheinander und in unterschiedlichen Verhältnissen in den Abwasserkanal gepumpt. Das entscheidende Merkmal dieser Sanierungsmethode ist, dass die Arbeiten in situ durchgeführt und eine Freilegung der Leitungen vermieden werden kann. Die Sanierung umschließt vertikale und horizontale Leitungsabschnitte, bestehend aus Guss- und Steingut- sowie Kunststoffrohren aus PVC und PVC-U. Der Anwendungsbereich des Flutungsverfahrens zur Sanierung von Abwasserkanälen erstreckt sich von öffentlichen Kanälen, Hausanschlüssen bis Grundstücksentwässerungsanlagen. Ziel der Untersuchungen war es, den inversen Säulenversuch auch als Prüfmethode für Bauprodukte, die in Flutungsverfahren eingesetzt werden, anzupassen und zu standardisieren.

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Rainer Weltring, Dieter Arlt
Wirtschaftlichkeit und Langzeitbewährung von Wasserleitungs- und Entwässerungsrohren aus Kunststoffen im Vergleich unter Einbeziehung technischer, ökologischer, hygienischer und toxikologischer Aspekte
Bau- und Wohnforschung
1999, 207 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die im Bericht vorgestellten Beispiele von Rohrleitungen aus verschiedenen Kunststoffen, die alle weit über 20, teilweise bis über 50 Jahre in Betrieb waren, zeigen, daß schon die polymeren Rohrwerkstoffe der "ersten Generation" ein beachtliches Zeitstandverhalten aufweisen. Bei den Polymerrohren ist im wesentlichen die Kombination von Biegeweichheit und Korrosionsfreiheit für das gute Langzeitverhalten verantwortlich. Der Vergleich von aktuellen Anforderungen mit dem derzeitigen Leistungsprofil der verschiedenen Rohrwerkstoffe zeigt, daß die Rohre aus polymeren Werkstoffen für den Einsatz in vielen Bereichen der Trink- und Abwassernetze am besten geeignet sind. Als Nachteile der Kunststoffrohre sind allgemein deren Brennbarkeit und die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften zu nennen. Diese Einschränkungen wirken sich jedoch in der Anwendungspraxis der Kunststoffrohre kaum nachteilig aus, da die Temperaturgrenzen bekannt sind und die einzelnen Polymerrohre nur in den Bereichen eingesetzt werden kann, für die sie geeignet sind. Lediglich die Forderung nach der Verwendung nicht brennbarer Rohre kann den generellen Verzicht auf Kunststoffrohre bewirken. Bezüglich der Wirtschaftlichkeit kann festgestellt werden, daß vor allem die für höhere Anforderungen konzipierten Rohre aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, Polyethylen-HD und Polyethylen-X häufig teurer sind, als die alternativ einsetzbaren Produkte aus anderen Werkstoffen. Zumindest dann, wenn man den Anschaffungspreis von Rohren und Zubehörteilen in DM pro Meter Rohrmaterial betrachtet. Leichte Handhabbarkeit, Verbindungstechnik und Flexibilität der Kunststoffrohre bieten bei Einbau und Verlegung wirtschaftliche Vorteile.

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T. Grunder, H.P. Lühr
Vergleichende Versuche zur Eluatgewinnung für die ökologische Beurteilung von Rohrmuffensanierungsprodukten
Bauforschung, Band T 2848
1998, 100 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur ökologischen Bewertung von Produkten zur Rohrmuffensanierung werden in einer Prüfeinrichtung Eluate aus ihnen gewonnen und diese bezüglich der Menge ihrer eluierbaren organischen Inhaltsstoffe mit Hilfe von Biotests und bezüglich der biologischen Abbaubarkeit der Inhaltsstoffe untersucht und bewertet. Diese Prüfeinrichtung besteht aus einem mit Sand gefüllten Metallzylinder (Durchmesser 1 m, Länge 1,2 m), in den ein schadhaftes Abwasserrohr (Muffenspalt) eingebaut ist. Der Sand wird kontinuierlich mit Wasser durchströmt. Mit Hilfe eines Packers wird die Schadstelle durch Injektion des Produktes abgedichtet. Das den Sand durchströmende Wasser (belastet mit den nicht auspolymerisierten organischen Anteilen des Produktes) wird aufgefangen und untersucht. Zum Vergleich mit dieser Versuchseinrichtung wird das Produkt in einen mit Sand gefüllten und kontinuierlich mit Wasser durchströmten Plexiglaszylinder (Durchmesser 28 cm, Höhe 50 cm) injiziert (sog. Säulenversuch). Das eluierende Wasser wird aufgefangen und untersucht. Der Vergleich der Versuchsergebnisse zeigt, daß die Eluate aus dem Säulenversuch mit organischen Stoffen belasteter sind als die Eluate aus dem großen Zylinder. Dadurch sind auch die Wirkungen auf die Testorganismen in den Biotests stärker. Da die Untersuchungsergebnisse aus den Säuleneluaten besser reproduzierbar und interpretierbar sind, wird empfohlen, den Säulenversuch auch zur ökologischen Bewertung der Produkte zuzulassen.

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H. Doll, K. Hilmer, A. Hoch
Dimensionierung von Linern zur Sanierung geschädigter Rohrleitungen. Schlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1998, 96 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die experimentelle Verifizierung der Berechnungsannahmen der ATV M127 Teil 2 war Ziel des Forschungsvorhabens. Untersucht wurde das auflastbedingte Verformungsverhalten von mit Schlauchlinern sanierten Betonrohren DN 800. Es wurden 2 großmaßstäbliche Versuche mit 2 unterschiedlichen Linerwandstärken (9,0 mm bzw. 18,0 mm) durchgeführt. Die maximalen Linerbeanspruchungen traten bei beiden Versuchen in der Sohle auf. Ferner wurde deutlich, daß der dünnere Liner unabhängig von der Laststufe nur ca. 50% der Beanspruchung des dickeren Liners erfährt. Der Vergleich zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen ergab keine befriedigende Übereinstimmung. Als Schlußfolgerungen hinsichtlich der Planung von Sanierungsmaßnahmen ergeben sich: Mit Linern sanierte biegesteife Rohre weisen ein erhebliches Verformungsvermögen auf. Die gemessenen Linerdehnungen zeigen ferner, daß ein dünnerer Liner geringer beansprucht wird; d.h. gegenüber einer Berechnung nach ATV A127 (bisher gängige Praxis) können erhebliche Einsparungen erzielt werden.

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Zeitschriftenartikel

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Romanowski, Lukas
Neue Prüfgrundlage für Rohrleitungen in offener Bauweise
bbr Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie, 2022

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Offermann, Martin; Becker, Angelika; Diekemper, Volker
Entscheidungsunterstützung zur optimierten Betriebsweise von Geräuschpegelloggern
Energie Wasser-Praxis, 2022

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Gefahren und Risiken bei brennbaren Abflussrohrsystemen. Warum uns aktuelle Prüfnormen in falscher Sicherheit wiegen
Sanitär + Heizungstechnik, 2021

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Peeck, Michelle
Im Laborcheck: Acrylate im Schlauchlining
bbr Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie, 2020

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Fandrich, Sven
Gefahrenpotenziale auf Baustellen vermeiden (kostenlos)
Straßen- und Tiefbau, 2019

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Highlights aus dem Programm 2022