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Modelle des Flussbau-Laboratoriums

Allgemein
BezeichnungModelle des Flussbau-Laboratoriums
UniversitätUniversität Karlsruhe (TH), heute: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
UniversitätsortKarlsruhe
Museums- und SammlungsartNaturwissenschaft & Technik
Museums- und SammlungsformLehr- und Forschungssammlung
SammlungsschwerpunktHydrologie · Wasserbau
Externe Links
BeschreibungZu Beginn des 20. Jahrhunderts entstanden an mehreren deutschen technischen Hochschulen Versuchslaboratorien für den Wasserbau bzw. hydrotechnische Laboratorien. Diese dienten der Beobachtung von Naturvorgängen und Versuchen an künstlichen Wasserläufen, aber auch der Forschung und Demonstration von Wasserfahrzeugen. Dabei stand ein künstliches Gerinne im Mittelpunkt der technisch sehr aufwendigen Anlage. Daneben existierten Vorrichtungen für die Zuführung von Wasser und Sand, Messanlagen sowie zahlreiche Modelle zum Experimentieren. Im Grunde war die gesamte Anlage ein großes Modell, das Forschung und Lehre gleichermaßen diente.

Die Anlage in Karlsruhe, die nach ihrer Fertigstellung über eine zwei Meter breite und achtzehn Meter lange Versuchsrinne verfügte, wurde vor allem zur Beobachtung von Geschiebebewegungen bei verschiedenen Korngrößen von Sanden und Kiesen, bei wechselnden Gefällen und Wassermengen sowie bei verschiedenen Krümmungen zur Erprobung wasserbaulicher Arbeiten und Anlagen eingesetzt. Die Modellanlage konnte auf einer Seite circa 40 Zentimeter angehoben werden, um ein ausreichend natürliches Gefälle zu simulieren.

Heute verfügt das Institut für Hydromechanik der Universität Karlsruhe über mehrere Rinnen für Forschung und Lehre.

Müssigbrodt 1905; Website des Instituts 
SonstigesErklärung der Notwendigkeit des heute noch stattfindenden physischen Experimentes mit physikalischen (materiellen) Modellen

Die Modellgesetze von Froude, Reynolds, Euler, Weber und Mach sind die Basis für den experimentellen Zugang zur Modellierung ausgewählter Parameterkombinationen, sodass interessierende Phänomene aus der Simulation des „Ganzen“ mit seinen oft unüberschaubar zahlreichen physikalischen Prozessen und Phänomenen herausgearbeitet werden konnten. In den ersten zwei Dritteln des 20. Jahrhunderts erlebten die experimentellen Untersuchungen hinsichtlich ihrer Anzahl und Vielseitigkeit ihren Höhepunkt. Hydraulische und feststoffdynamische Aspekte, komplexe hydrotechnische Optimierungen von Bauwerksumströmungen bis hin zu fahrdynamischen Problemstellungen und der Interaktion zwischen Schiff und Strömung wurden im Labormaßstab untersucht. Mannigfaltige Wirkungszusammenhänge ließen sich simulieren und einzelne Prozesse identifizieren. So wurden z. B. die Grundlagen des Geschiebetransports durch Shields (1936) in physikalischen Modellen untersucht. Befruchtend wirkten dabei in dieser Zeit ebenfalls zahlreiche Versuche in Windkanälen für die Luftfahrt und die Automobilentwicklung. Das mit Wasser betriebene physikalische Modell - alternativ „hydraulische Modell“ - zeichnet sich insbesondere durch die hohe Anschaulichkeit aus und eignet sich daher auch hervorragend zu Lehrzwecken.

Mit Beginn des Computerzeitalters in den 1970er Jahren wurde von Vielen das baldige Ende des physikalischen Experimentes prognostiziert. Mit der rasenden Entwicklung der hydronumerischen Methoden schien ein Zugang zu allen hydro- und morphodynamischen Fragestellungen möglich. Es zeigte sich aber, dass neben den stets limitiert vorhandenen Rechenkapazitäten auch die deterministische Prozessabbildung fortwährend an ihre Grenzen stößt. Mit zunehmendem Prozessverständnis wird auch die Auflösung der im mathematischen Modell abgebildeten, relevanten physikalischen Prozesse erhöht (z. B. Turbulenzmodelle: von konstanter Wirbelviskosität über Large Eddy Modelle bis hin zur Direkten Numerischen Simulation).

Heute sind wir in der Lage, auf Grund der messtechnischen Entwicklung und deren adaptierter Anwendung in hoch technisierten Laboren mit 3D-Particle-Tracking-Velocimetry, hochgenauer photogrammetrischer Methoden zur Sohlaufnahme, Automatisierungstechnik, Ultraschallsensorik, optischen Kraftmessverfahren, Laser-Doppler-Anemometrie, Particle-Imaging-Velocimetry und vieles andere mehr räumlich und zeitlich hoch aufgelöste strömungs- und feststoffdynamische Zustände aufzunehmen. Parameter wie statistische, turbulente Größen können direkt gemessen werden. Dies ermöglicht die präzise, zuverlässige Erhebung großer Datenmengen, die wiederum der Fortentwicklung mathematischer Verfahren dient. Immersive dreidimensionale Visualisierungstechniken erlauben gleichermaßen für mathematische und physikalische Modelle dem Betrachter das Eintauchen in die Strömung. So ergänzen physikalische und mathematische Verfahren einander: Die Ergebnisse des Experiments können bei der Entwicklung der mathematischen Methoden der Verifikation und Validierung dienen. Anfänglich haben mathematische Verfahren die Hydraulik und die Feststoffdynamik nur in Form von Beiwerten parametrisiert. Durch die inzwischen verfügbare Rechenleistung und neue numerische Ansätze können die mathematischen Verfahren - fortentwickelt mit Hilfe der physikalischen Modelle - inzwischen auch zum vertieften Prozessverständnis beitragen.

Physikalische Modelle werden auch in Zukunft einen erheblichen methodischen Anteil an der Untersuchung komplexer Fragestellungen haben. Ihre Anwendung wird sich weiter spezialisieren auf Bereiche mit stochastischen Eigenschaften (wie dies im Bereich der Morphologie der Fall ist) und auf Bereiche mit großer Komplexität, für deren hydronumerischen Zugang die Rechenkapazitäten noch auf absehbare Zeit nicht gegeben sein werden. Zudem wird mit Systemmodellen die effiziente Beantwortung grundlegender Fragestellungen möglich sein. Die Anschaulichkeit der gegenständlichen Modelle sichert ihnen weiterhin den Einsatz in der Lehre.

Aus: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau, Nr. 90, Juli 2007 
Stand der InformationenJanuar 2010
  
Bestände
Objektgruppen
Stand der ErschließungEventuell noch vorhandene historische Sammlungsgegenstände (Modelle, Apparate) finden sich im Universitätsarchiv. 
Bedeutende TeilbeständeEs sind keine nennenswerten Teilbestände aufgeführt.
  
Geschichte
Ereignisse
  • 1901 Begründung als akademische Sammlung oder Institution
Personen
GeschichteSeit der Gründung des Polytechnikums durch Johann Gottfried Tulla (1770-1828) im Jahre 1825 wird der Wasserbau in Lehre und Forschung in Karlsruhe intensiv betrieben. Mit der Errichtung einer wasserbaulichen Versuchsanstalt durch Theodor Rehbock (1864-1950) im Jahre 1901 begann die Karlsruher Forschung im Wasserwesen. Unter Professor Rehbock entstand von 1905 bis 1909 ein Flussbaulaboratorium, in dem Versuche mit Modellen durchgeführt wurden, die international nicht nur Anerkennung sondern auch Anwendung fanden. Im Jahre 1921 wurde ein neues und größeres Flussbaulaboratorium mit 22 Versuchsanlagen in Betrieb genommen. Diese Anlage trug ab 1939 den Namen "Theodor-Rehbock-Wasserbaulaboratorium".

Aus dem ehemaligen Lehrstuhl für Wasserbau wurden 1948 zwei Institute gebildet: das Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft und das Institut für Hydromechanik, Stauanlagen und Wasserversorgung, das 1982 in Institut für Hydromechanik (IfH) umbenannt wurde. Die maßgebliche Mitarbeit des IfH in zwei von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichen "Ausbreitungs- und Transportvorgänge in Strömungen” und "Strömungsmechanische Bemessungsgrundlagen für Bauwerke” war für den Ausbau der Forschungskapazitäten sowie der technischen Einrichtungen von großer Bedeutung.

Müssigbrodt 1905; Website des Instituts 
  
Publikationen
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