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Dipl.-Ing. Ivo Baselt
Institut für Wasserwesen
Hydromechanik und Wasserbau
Die hydromechanische Bemessung
eines Tiroler Wehres
Von der theoretischen Beschreibung über
das Lösen mit der pdepe – Toolbox
zur Stand-Alone-Applikation
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1 MATLAB EXPO 2014
Wie bitte? Ein Tiroler Was?
• wasserbauliche Einrichtung
• Wasserfassung im alpinen
Raum bei geschiebeführenden
Gebirgsflüssen
Einsatzgebiete:
• Hochwasserentlastung
• Wasserkraftanlagen
• Bewirtschaftung
• Speicherung
• …
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2 MATLAB EXPO 2014
VERANLASSUNG / MOTIVATION
Im Allgemeinen
• sind einzelne Experimente oftmals sehr aufwendig,
• können kosten- und zeitintensiv sein,
• verwenden teilweise invasive Messtechnik,
• unterliegen dem Dilemma der Modellgesetze,
• sind aber für die Kalibrierung eines
numerischen Modells notwendig.
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3 MATLAB EXPO 2014
VERANLASSUNG / MOTIVATION
Im Speziellen
• ist eine Betrachtung von Kurvenströmungen in
Tiroler Wehren meist nicht notwendig,
• jedoch treten in diesem Projekt lokale
Widerstandseffekte auf und somit
• verändern Rückstaueffekte
die konventionellen theor. Ansätze.
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4 MATLAB EXPO 2014
PROJEKTPHASEN
Experimente im Labor
Mathematische Theorie
Modellierung / Implementierung
Kalibrierung / Validierung
Stand – Alone - Applikation
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5 MATLAB EXPO 2014
EXPERIMENTE IM LABOR
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6 MATLAB EXPO 2014
MATHEMATISCHE THEORIE
zuq=s
Buh +
s
u hB+
s
h uB+
t
h B
Das 1D - Gleichungsmodell für die Wehrkanalströmung…
mit der Massen- …
Zufluss
zu
Reibung
hyd
nGravitatio
B
Turbulenz
t
Druck
gungBeschleuni llesubstantie
Beschl. konv.Beschl. lokale
qBh
u-
2d
uu λ-
s
z g-
s
uυ
ss
h g+
s
uu +
t
u
… und Impulserhaltung
xuu,t,x,s+xuu,t,x,fxx
h x
t
u xuu,t,x,c mm-
pdepe – Toolbox: Anfangs- und Randwertprobleme
für parabolisch - elliptische PDG in 1D
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7 MATLAB EXPO 2014
MODELLIERUNG / IMPLEMENTIERUNG
mesh generation → Interpolation → PDE Toolbox → figure
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8 MATLAB EXPO 2014
KALIBRIERUNG / VALIDIERUNG
Ermittlung des Sekundärströmungskoeffizienten a
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9 MATLAB EXPO 2014
STAND – ALONE- APPLIKATION
GUIDE → App Compiler
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10 MATLAB EXPO 2014
STAND – ALONE- APPLIKATION
GUIDE → App Compiler
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11 MATLAB EXPO 2014
STAND – ALONE- APPLIKATION
GUIDE → App Compiler
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12 MATLAB EXPO 2014
MATLAB kann bei hydromechanischen und wasserbaulichen
Projekten unterstützen.
Nach der theoretischen Modellbildung konnten verschiedene
Projektphasen mit MATLAB umgesetzt werden.
+ Implementierung der Differentialgleichungen in die pdepe – Toolbox
+ Kalibrierung des Modells mit Unterstützung
der Curve Fitting Toolbox
+ Aufbau einer grafischen Benutzeroberfläche mit GUIDE
+ Umsetzen in eine Stand-Alone-Applikation zur Weitergabe
mit dem APP COMPILER
keine zweite Software notwendig, Projektbearbeitung aus einer Hand
R E S Ü M E E
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13 MATLAB EXPO 2014
Auswertung von Experimenten, Umgang mit großen Datenmengen
MATLAB und Simulink in der Lehre
Modellierung und Simulation im Energiewasserbau / Hydromechanik
A U S B L I C K
Länge: 1768 km
Q= 1,0 MBPD (1,6 MBPD)
d ca. 42in (1,07m)
ρ = 850 kg/m³
ν = 25cSt
MATLAB
Simulink
SimHydraulics
Simscape
Language
Stateflow
BTC - Pipeline
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Dipl.-Ing. Ivo Baselt
Institut für Wasserwesen
Hydromechanik und Wasserbau
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit