ELÕADÁS ÁTTEKINTÉSE. Környezetgazdálkodás 2. A hidraulika tárgya. Pascal törvénye. A vízoszlop nyomása

Átírás

1 ELÕADÁS ÁTTEKINTÉSE Környezetgazdálkodás. A ízgazdálkodás története, elyzete és kilátásai A íz szerepe az egyén életében, a társadalomban, és a mezõgazdaságban. A ízügyi jog pillérei. Hidrológiai alapismeretek Hidraulikai alapismeretek A melioráció és ízgazdálkodás kapcsolata Káros íztöbblet, és az ellene aló édekezés dombidéken. Káros íztöbblet a síkidéken. Tartós íziány okozta károk, és az ellenük aló édekezés. A ízasználatok és a környezetszennyezés kapcsolata Vízédelmi alapismeretek Víztisztítási alapismeretek Szennyíztisztítási alapismeretek A idraulika tárgya A idraulika a íz nyugalmi és mozgási állapotáal foglalkozó tudomány, a fizika egyik fejezete. A idrosztatika a nyugalomban léõ folyadékok egyensúlyáal, atárfelületükön és belsejükben ató nyomóerõkkel foglalkozik. A idrodinamika a folyadékok áramlási iszonyait, és az áramlási eszteségeket tárgyalja A ízoszlop nyomása A nyomás a felületre merõlegesen ató erõnek és a felület nagyságának ányadosa: p = statikus nyomás F = nyomóerõ (N) A = felület (m ) (N/m = Pa) Pascal törénye Ha feltételezzük, ogy a folyadékra térfogati erõk nem atnak, agyis a neézségi erõtér atásától eltekintünk (ebben az esetben a izsgált folyadékra csak felületi erõk atnak), így megfogalmazatjuk Pascal törényét, amely szerint: A folyadékra agy gázra ató külsõ felületi erõ által létreozott nyomás a folyadékban agy gázban minden irányban gyengítetlenül terjed. Euler egyenlete a graitációs térben nyugó folyadék nyomásának kifejezésére Ha a folyadék felszínén nem at külsõ felületi erõ, akkor a folyadék felszínétõl mért mélységben a nyomás értéke: Amennyiben a szabad felszínre ató, általában p 0 -lal jelölt külsõ légköri nyomást is figyelembe esszük, akkor az elõbbi nyomás értéke:. Ezt az összefüggést a idrosztatika alapegyenletének neezik. A benne szereplõ nyomások közül teát p 0 -t külsõ légköri nyomásnak, a p t = g mennyiséget túlnyomásnak, és a kettõ összegeként értelmezett p a nyomást abszolút nyomásnak neezzük, ezekkel az elneezésekkel teát az elõbbi egyenlet a 1

2 Nyomásmagasság ábra A ferde síkra (pl. csatorna rézsûjére) ató merõleges erõ megegyezik a sík bármely pontja és a íz felszínének táolságáal, ezért a mért táolság elforgatásáal minden pontban merõlegeseket szerkesztetünk. A P/γ= összefüggést alkalmaza a ferde sík pontjaiban kiszámítató a nyomás P (γ) és a nyomóerõk eredõje (F). Három dimenziós térben elyett V térfogattal számolunk, P elyett pedig F eredõerõt alkalmazzuk, így a köetkezõ képletet kapjuk: F = Vγ(N) A gyakorlatban V felfogató egy A felület súlypontjában mért magasság és A felület szorzataként, így a képlet: F = A s γ A súlypont ( s ) a ferde sík függõleges középonalában és megközelítõleg annak alsó armadában /3 értéknél találató. A folyadék súlyereje Miután a folyadék súlyerejét a összefüggéssel atározatjuk meg, és az edény alakjától függõen a folyadéktérfogatok értéke más és más, látjuk, ogy a tartály aljára ató erõ nem feltétlenül egyenlõ a benne léõ folyadék súlyerejéel, anem annál nagyobb is agy kisebb is leet. Ezt a jelenséget idrosztatikai paradoxonnak neezzük. Közlekedõedények Azokat az edényeket agy edényrendszereket, melyek között a folyadék agy gáz szabadon áramolat, közlekedõ edényeknek neezzük, és elõbbi megállapításunk kapcsán megfogalmazatjuk a Ele: Közlekedõedények száraiban az edény aljától számított ugyanazon magasságban a nyomások egyenlõk, a az egyenlõ magasságban léõ pontok még ugyanabban a folyadékban annak. Arcimedes törénye (felajtóerõ) A folyadékba merülõ testre oldal irányból ató erõk eredõje zérus, függõleges irányban fentrõl a súlyerõ (G), lentrõl a felajtóerõ (F) at. A súlyerõ a test átlag sûrûségétõl rt függ, a felajtóerõ pedig Arcimedes törénye értelmében a test által kiszorított r sûrûségû folyadék tömegéel egyezik. A test olyan mélyen merül a folyadékba, ogy G és F egyensúlyba kerüljön. Esetei: t < r A test úszik a folyadékban és F = G érényesül t = r A test teljesen belemerül és lebeg a folyadékban. F = G t > r A test elmerül a folyadékban, F < G Hidrodinamika Reynolds-szám csõezetékben: Re<30 lamináris Lamináris és turbulens áramlás Reynolds szám nyílt mederben: Re<580 lamináris R Re = sebesség D csõátmérõ kinematikai iszkozitási tényezõ R idraulikus sugár Re = d A ízmozgás energiái nyomás alatti csõben Bernoulli-egyenlet: (ideális folyadékokra) p z g = állandó A elyzeti (Z), sebességi ( /g) és nyomási energiák (P/γ) összege egy energiaonal mentén állandó. Q = A 1 1 = A = = A n n Folytonossági egyenlet Reális folyadékokra: 1 p 1 p Z 1 = Z g g L Megjelenik az energiaeszteség ( L ), amely minden folyadékszállításkor fellép a csõezetékekben

3 Vízmozgás eszteségei nyomás alatti csõben L = súrlódás elyi eszteség Súrlódási eszteség: Helyi eszteség: Összes eszteség: s = = l g d g = s Vízmozgás eszteségei nyomás alatti csõben Hidraulikailag osszú csõezeték: 1 p 1 Z 1 = Z g g H ny =p / Hidraulikailag röid csõezeték: 1 p 1 Z 1 g = Z H= g p p s i Darcy-Weissbac összefüggés A íz mozgatásáoz szükséges energia Nyílt meder méretezése A trapézszelényû csatorna paraméterei: Sziattyús gépcsoport méretezése: QH m Q P= [kw] = A a szállítómagasság H m = m A=b P=b(1 ) 1/ R=A/P nedesített terület nedesített felület b idraulikus sugár C=k R 1/6 =C (R I) 1/ Q=A sebesség tényezõ sebesség ízozam Cézy képlete C = sebességtényezõ I = fenék esés k = sebességi tényezõ = ízmélység b = fenék szélesség A = áramlási keresztmetszet = sebesség = sûrûség Folytonossági egyenlet Folyadékmozgás szemcsés közegben Darcy- törénye Kétfázisú zónában: A (lx) Q = k t x Háromfázisú zónában: = k (lx) m = -k 1 Q = A x x Folyadékmozgás szemcsés közegben Teljes kút ízszállítása: Q = k (H - ) ln(r/r) k: sziárgási tényezõ H: talajízszint a ízzáró réteg fölött : kút ízszintje a ízzáró réteg fölött Teljes artézi kút ízszállítása: k m(h-) R: a kút atótáolsága Q = ln(r/r) r: a kút sugara m: a két ízzáró réteg táolsága 3

4 Vízozammérés Vízozam mérés mérõbukókkal (bukógátak) Átfolyási szelényterület és a íz középsebessége alapján Q= A A folytonossági egyenlet gyakorlati alkalmazása. Mûtárgyakkal: köbözés, bukók, mérõszûkületek, mérõlemez, mérõperem, mérõtorok, Venturi-csõ, sziornya. a b c d e a) Bazin-féle b)poncelet-féle c) Tomson-féle d)cipoletti-féle e) Lineáris Szabad átbukás esetén a ízoszlopmagasságból, és az egyes bukókoz megatározott képletekbõl számítató a ízozam. Vízozam mérés mérõszûkülettel Venturi csatorna Q=µ b ( g ) 1/ Parsall csatorna µ: mûtárgyra jellemzõ tényezõ b: átfolyási keresztmetszet szélessége [m] : a szûkületben mért duzzasztott ízoszlop magassága (m) Vízozam mérés mérõperemmel és mérõtorokkal Q=Fm(g) 1/ m = d D mm átmérõ F: csõkeresztmetszet d: peremátmérõ D: csõátmérõ : átfolyási iszonyszám m: szûkítési iszonyszám A szûkítésekben megáltozó sebesség-nyomásiszonyok alapján számítató a ízozam. Vízozam mérés Venturi-csõel Vízozam mérés A sziornya két ége közti ízoszlop különbség biztosítja a idrosztatikai nyomáskülönbséget, ami mindaddig megmarad, amíg biztosíta an a közlekedõedények ele (a szabad áramlás) és nem tud kiegyenlítõdni a két oldal. A sziornyát az áramlás megindításáoz légteleníteni kell (fel kell tölteni folyadékkal) mm átmérõjû csõezetékben A szûkítésekben megáltozó sebesség-nyomásiszonyok alapján számítató a ízozam. A sziornya ízozam képlete Q=µ F (g ) 1/ Nyílt csatornákban ízkiételre és ízozam mérésre asználató. 4

5 Vízozam mérés Felszíni úszóal f = l t Vízozam mérés Forgómûes sebességmérõ: Botúszóal : ízmélység L: merülési mélység : botúszó sebessége V k : függély középsebesség L k = k = f a (-L) V f : felszíni sebesség l: úsztatási ossz t: úsztatási idõ a: szorzótényezõ =a b n a: mûszerállandó b: mûszerállandó n: fordulatszám Forgómûes ízmérõ: közetlenül leolasató. Pitot csõ: = (g ) 1/ Pitot-Darcy csõ A forgómû a íz áramlásáal arányos ízozamot folyamatosan akkumulálja a ozzátartozó számlálószerkezet segítségéel. ELÕADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA A idraulika fontos törényekre alapoza mutatja be a íz iselkedését statikus elyzetben és mozgásban. A alós folyadékok mindig másképp iselkednek, mint a modellként asznált ideális íz. Az energiaeszteségeket azonban számítani leet. A ízozamok mérésére minden ízasználónak szüksége an. A ízozam mérése teremti meg az alapját a ízdíjak beszedésének. ELÕADÁS ELLENÖRZÕ KÉRDÉSEI Melyek a idrosztatika fontosabb tételei Miért fontos az áramlás típusainak ismerete, melyeket Reynolds izsgált. Milyen összefüggést állított fel Ismertesse Bernoulli egyenletét. Melyek a ízozam mérés fontosabb elei Felasznált források Szakirodalom: Sulinet Egyéb források: internet Toábbi ismeretszerzést szolgáló források: Vermes László: Vízgazdálkodás Mg. Szaktudás Kiadó, Budapest, 1997 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! 5