Wissen --> Totwasser

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    • Klasse!
      Und Danke, deshalb liebe ich dieses Forum...
      Erinnert mich ein wenig an einen optischen Wellenleiter (Glasfaser) da ist der Brechungsindex auch in zwei Schichten und kann deswegen das Licht im Kern (fast) ohne Verluste leiten. Ich vermute mal, dass die Wellengeschwindigkeiten in süß und in Salzwasser aufgrund der unterschiedlichen Dichte entsprechend unterschiedlich sind.
      Ob das die Rumpfgeschwindigkeit wie in einem zu kleinen Kanal beeinflusst?
      Frohes gemeinschaftliches Grübeln
      Georg
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    • Beam schrieb:

      Ich vermute mal, dass die Wellengeschwindigkeiten in süß und in Salzwasser aufgrund der unterschiedlichen Dichte entsprechend unterschiedlich sind.
      Elektromagnetische Wellen und Schwerewellen lassen sich nicht so ganz ohne Weiteres vergleichen. In einem Lichtleiter schwingt ja nicht der Leiter, sondern nur die Welle, bzw 2 Felder.

      Ohne dass ich jetzt meine alten Studiensachen wieder raus kramen will... Wir reden hier ja über Schwerewellen an der Oberfläche von Wasser, oder an einer Grenzfläche in Wasser.

      Erstmal die Oberfläche, keine Rücksicht auf die Dichte der Luft.
      Hier ist die Phasengeschwindigkeit abhängig von der Wellenlänge L und der Wassertiefe d:
      2020-07-11 21_20_00-Wasserwelle – Wikipedia.png
      (wer es gerade nicht griffbereit hat: Erdbeschleunigung g = 9,81m/s², Pi = 3,1415926... )

      Ist die Wassertiefe mindestens die halbe Wellenlänge, sagen wir mal, L=10m und d=5m min.) , so ist der tanh(...) etwa 1, kann also weggelassen werden:
      2020-07-11 21_20_33-Wasserwelle – Wikipedia.png
      Ein Schiff in Verdrängerfahrt hat generell einen Wellenberg am Bug und einen am Heck. Dies ist die maximale Wellenlänge, damit verbunden die Maximalgeschwindigkeit von Verdrängern. Länge läuft!

      Die Welle wird in flachem Wasser deutlich langsamer. Bei L=10m und d= 0,5m max. ist definitiv Flachwasser angesagt. Näherungsweise gilt: tanh(...) =(...). Damit bleibt übrig:
      2020-07-11 21_06_40-Wasserwelle – Wikipedia.png
      Diese letzte Gleichung gilt z.B. für Tsunamis, weil diese eine absurd große Wellenlänge haben. Im tiefen Ozean sind die Dinger also abartig schnell.

      Da Luft gegenüber Wasser eine sehr kleine Dichte hat (Abweichung <0,2% gegenüber Dichte=0, siehe Tabelle), taucht der Dichteunterschied bisher gar nicht auf. Bei internen Wellen / Grenzflächenwellen ist das natürlich nicht so. Also jetzt eine anwenderfreundliche Formulierung für Tiefwasserwellen unter Berücksichtigung der Dichte:
      2020-07-11 21_23_50-Wasserwelle – Wikipedia.png
      Nehmen wir hier einmal die Dichte von Optimal gerechneten 0 kg/m³, Dichte von Luft von 1,2 kg/m³ Meerwasser mit 1025 kg/m³ und Süßwasser mit 1000 kg/m³ an, so ist die Geschwindigkeit der Grenzflächenwelle zwischen Süß- und Meerwasser überraschend klein, sprich langsam. Und an eben dieser Grenzflächenwelle saugt sich das Schiff fest:

      Tiefe d [m] \ c [m/s]c Opt/Süßc Luft/Süßc Luft/Meerc Süß/Meer
      0,21,397051,395371,395410,15523
      12,948702,945162,945250,32763
      53,943973,939243,939350,43822
      103,951333,946593,946700,43904
      Gegenüber Opt/Süß:99,880 %99,883 %11,111 %

      Wühlt man sich jetzt durch den Wikipedia-Artikel für Interne Wellen, werden zuverlässig alle Klarheiten beseitigt. Das lasse ich jetzt mal weg.

      Wir lernen daraus: Eine Welle ist in Seewasser etwas schneller als in Süßwasser.
      Aber.
      Geschwindigkeit von Schiffen kommt ja nicht nur von Wellenlänge. Sondern von Vortrieb gegen Druckwiderstand, Reibungswiderstand, Wellenwiderstand und in etwas spezielleren Fällen auch Induzierten Widerstand und Interferenzwiderstand. Allein über den Druckwiderstand ist die höhere Dichte von Meerwasser schon wieder im Spiel. Im Reibungswiderstand geht auch die höhere Viskosität (Dickflüssigkeit) von Meerwasser mit ein. Im sogenannten Totwasser fällt Wellenwiderstand nicht nur an einer, sondern an 2 Grenzschichten an (Nansen-Effekt), und Wellenwiderstand ist eine komplizierte Angelegenheit.
      Nikolaj sagt gerade, er will "ganz normalen" Wellenwiderstand an seinem FCS simulieren und dann hier vorführen.

      Beam schrieb:

      Ob das die Rumpfgeschwindigkeit wie in einem zu kleinen Kanal beeinflusst?
      Ein (zu) kleiner Kanal ist für sich genommen schon ein Problem. Der Wellenwiderstand steigt (siehe oben, Einfluss der Wassertiefe, und auch Reflexion an der Kanalwand) und die Reibung steigt auch (nicht mehr Freiwasserströmung sondern vergleichbar mit Körper in Rohrströmung). Wenn du da drin jetzt auch noch geschichtetes Wasser hast, viel Spaß.

      Das oben genannte Paper befasst sich ja nicht nur mit dem Nansen-Effekt, sondern auch/besonders mit dem Ekman-Effekt. Die Grenzschicht-Bugwelle wird an der Kanalwand reflektiert und verstärkt beim Zurückkommen den Widerstand. Das Schiff wird also nicht nur langsamer, es ruckelt jetzt auch noch.
      Sehr schön hat sich auch Scinexx mit dem Paper befasst. Dort gibt es auch einen knuffigen Comic dazu.
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      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Dieselalge ()

    • Liebe Vera,

      danke auch hierfür! Lebenslanges Lernen..
      Und . . .

      Dieselalge schrieb:

      Elektromagnetische Wellen und Schwerewellen lassen sich nicht so ganz ohne Weiteres vergleichen.
      klar, der Speed, und so ... ,
      wobei der Term
      c² = (roh1-roh2)/(roh1 + roh2) * gL/2pi
      schon sehr nach dem unquadrierten Anteil der Fresnelreflexion bei Licht aussieht;
      rs= (n1-n2)/(n1+n2) mit ni = Brechungsindex im Medium i

      Frohes Formeln
      Georg
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    • Bester Georg,

      ja, Ähnlichkeiten gibt es durchaus. Nur die Physik dahinter ist halt ganz anders.
      Optik ist bei mir schon verdammt lang her (vor dem Abitur), das wurde im Studium nicht wiederholt... ich kann mich nicht erinnern, dass es ein Äquivalent für den Einfluss der Wassertiefe in der Optik gäbe...

      :GN:
      Vera
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    • Hallo zusammen,

      ich würde mich freuen wenn wir die Überschrift nochmals ändern ... Kann ich auch machen

      Aber diese Informationen werden wir so nie wieder finden und können so auch nicht gesucht werden ...
      Viele Grüße

      AStreety

      --------------------------------------------------------------------------------------------------

      :welcome: save the date --> Forentreffen 2020 vom 03.09. - 06.09.19 :welcome:

      Hier auch meine Facebook Seite wo ich Infos streuen werde --> facebook.com/rc.modellbau.schiffe
    • Moin Armin,
      kann ich gerne machen. Da ich nicht gedacht hatte, dass diese Info so starke Resonanz erhält, bin ich unter Quatschbox erst mal allgemeim geblieben.
      Wie soll das Kind denn heißen:
      -Hydroynamische Besonderheiten
      -Hydrodynamik ganz speziell
      -Hydrodynamik für Experten

      oder ganz anders ?
      Kreative Grüße
      Hermann


      Aedifico ergo sum


      Fahrbereit: Guggs' Du hier

      In Arbeit: Bermpohl, Chris Craft Constellation
    • Moin Armin,

      wie wäre „Totwasser und Wellenmechanik“?

      @all:
      Beim Weiterblättern in Wiki (interne Welle) komme ich unweigerlich zu Solitonen (-Wellen) und dort auf diesen schönen Link über eine große geschichtete Salz/Süßwasserzone:
      die Straße von Gibraltar
      samt beeindruckender Aufnahme der Wellen.
      Die mathematische Beschreibung von Solitonenwellen ist für Lichtwellen und Wasserwellen schon ziemlich ähnlich (wenn die Wassertiefe als Beifaktor vernachlässigt werden darf).

      Schwingenden Wochenstart
      Georg

      ... oh, Mist, hab Hermanns Beitrag beim selber Tippen nicht gelesen,...
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    • Diese Thematik erinnert mich an einen Versuch im Modul Experimentelle Strmungsmechanik am Lehrstuhl Strömungsmechanik, Fakultät für Maschinenbau und Schifftechnik, Uni-Rostock:
      In der Strömungshalle steht ein Strömungskanal, an denen Versuche zu geschichteten Strömungen (welche z.B. in der Ostsee auftreten) durchgeführt werden.
      Als Verfahren zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten wird PIV (Particle Image Velocimetry)/PLIF (Planar Laser-Induces Flourescense) verwendet - Partikel im Fluid werden mit einem starken, zu einer Ebene aufgeweiteten, gepulsten Laser angeleuchtet und deren Bewegung mit einer schnellen Kamera aufgezeichnet)

      Der Lehrstuhl hat einmal ein Video aufgenommen und auf Youtube hochgeladen, in der in einem geschichteten Medium eine brechende Interne Welle (Grün-Gelb) zu sehen ist, welche an einem schrägem Körper (Rot) hochläuft:


      Hier noch ein paar Links zum Lehrstuhl Strömungsmechanik

      Anwendung dieses Kanals im Rahmen des Forschungsprojekts Baltic Transcoast:
      lsm.uni-rostock.de/forschung/s…edizin/baltic-transcoast/
      Und die Technik dahinter:
      Schichtenströmungskanal
      lsm.uni-rostock.de/ressourcen/…nstroemungskanal/#c598205
      PIV
      lsm.uni-rostock.de/ressourcen/…ocimetry-piv-upiv-tr-piv/
      PLIV
      lsm.uni-rostock.de/ressourcen/…nduced-fluorescence-plif/

      Besser visualisert sind die internen Wellen in folgenden Videos / Modellversuchen (nicht an der Uni Rostock durchgeführt):




      Auf See:
      Unter Segel: Cacatua Galerita, Paddy (Dulcibella); AnnaXS (MicroMagic); Lundi (Footi)
      Unter Motor: Lotse Survey; EnteEnte; Rennboote
      Werft:
      Segler Rotwein (Hegi)
      Flotte Damen 1:50: SL 804; MC 1205 Kludde; ST 1205 SWS Essex; ST 1606 Red Bee; ST 1907 Jotünn; FCS 5009 Red Eagle
      Basic Design:
      Flotte Damen 1:50: ST 1405 Gerd Bliede

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Starkaptain ()

    • Und hier nochmal mit einem Schiffsmodell:

      Hier sieht man nicht nur den Nansen-Effekt, sondern sogar den Ekman-Effekt sehr schön.
      In Fahrt: Dulcibella "Paddy", Double Dragon (Robbe) ----- In Pflege: die Küken der BrushlessEnte
      Auf diesem Bollerwagen fahren 5 Boote und eine Ente mit!
      Weisheiten des Dekans: "Der Tiefgang sollte generell nicht größer sein als die Seitenhöhe."
      Google-Map Modellgewässer
    • Starkaptain schrieb:

      gepulzten Laser angeleuchtet und deren Bewegung mit einer schnellen Kamera aufgezeichnet
      ... ha, endlich mal kollegiale Fachkunde...
      Die Kamera muss gar nicht so schnell sein, sondern nur Bildrate mit Pulsrate gemein haben - die Laserpulse sind bei den üblichen grünen Q-switch Lasern gerne im Bereich einiger ns und damit erheblich schneller als jeder Kamerashutter.

      Und Danke für die tollen Visualisierungen!!

      Herzliche Grüße
      Georg
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      Neptun I 2016 (für den Nachwuchs)
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    • Beam schrieb:

      Starkaptain schrieb:

      gepulzten Laser angeleuchtet und deren Bewegung mit einer schnellen Kamera aufgezeichnet
      ... ha, endlich mal kollegiale Fachkunde...Die Kamera muss gar nicht so schnell sein, sondern nur Bildrate mit Pulsrate gemein haben - die Laserpulse sind bei den üblichen grünen Q-switch Lasern gerne im Bereich einiger ns und damit erheblich schneller als jeder Kamerashutter.

      Und Danke für die tollen Visualisierungen!!

      Herzliche Grüße
      Georg
      Die Vorlesung und das Proktikum der experimentellen Strömungsmechanik ist bei mir schon einige Zeit her. Heutzutage bin ich Berechner und Simulant :D , u.a von Wellen auf Offshore Strukturen / Offshore WEAs.

      Ja stimmt, ich erinnere mich, die Bildrate der Kamera und Pulsrate des Lasers müssen synchron sein. Im Praktikum damals haben wir zur Berechnung der Strömungsvektoren und Turbulenzgrad 100 Doppelbilder aufgenommen und per Software die Kreuzkorrelationen eines Doppelbildes errechnet. Hier mal zwei Beispiele aus dem besagten Praktikum, links die Stromlinien und rechts das Vektorfelds einer umströmten Zylinder Stirnfläche:
      stromlinien_gelb.pngvektorfeld_gelb.png

      Andere Interessante Messverfahren aus der experimentellen Strömungsmechanik mit Lasern ist zum Beispiel die Laser Doppler Anemometrie - Dies war auch ein interessantes Praktikum im Windkanal.
      Auf See:
      Unter Segel: Cacatua Galerita, Paddy (Dulcibella); AnnaXS (MicroMagic); Lundi (Footi)
      Unter Motor: Lotse Survey; EnteEnte; Rennboote
      Werft:
      Segler Rotwein (Hegi)
      Flotte Damen 1:50: SL 804; MC 1205 Kludde; ST 1205 SWS Essex; ST 1606 Red Bee; ST 1907 Jotünn; FCS 5009 Red Eagle
      Basic Design:
      Flotte Damen 1:50: ST 1405 Gerd Bliede