Hidrológiai Közlöny 1960 (40. évfolyam)
3. szám - Szalay Miklós: Laboratóriumi vízsebességmérés gömbökkel
204 Hidrológiai Közlöny 1960. 3. sz. Laboratóriumi vízsebességmérés gömbökkel S7..UAV MIKLÓS Építőipari ós Közlekedési Műszaki Egyetem I. Vízépitéstani Tanszéke, Budapest Az Építőipari ós Közlekedési Műszaki Egyelem I. Vízépítéstani Tanszékének laboratóriumában már évek óta alkalmazunk fonálra felerősített, víznél kisebb fajsúlyú golyókat áramlások sebességeloszlásának tájékoztató jellegű megfigyelésére. A tanulmány <• gömbfüzérek valóságos sebességeloszlás méréséhez való felhasználására és egy másik, közvetlen leolvasást lehetővé tevő mérési módszer bevezetésére tesz javaslatot. Közismert tény, hogy a laboratóriumi kismintakísérletek során előálló vízmozgások néhány cm/s, sőt néhány mm/s nagyságrendű sebességének mérése a szokványos műszerekkel (forgóműves sebességmérő, Pitot-cső stb.) csak nagy nehézségek árán oldható meg. Ezért történtek próbálkozások más mérési elvek bevezetésére, amilyen pl. a termisztoros eljárás, a vízfajsúlyú folyadékcseppek fényképezésén alapuló módszer, vagy az elektromágneses sebességmérés. Az eddig követett ntaktól eltérően, most új sebességmérési eljárások bevezetésére teszünk javaslatot. Ezek bizonyos szempontokból, —főleg a mérőeszköz egyszerűsége és olcsósága tekintetében — előnyösebbek az eddig alkalmazottaknál, s amellett elegendő pontossággal adják meg a cm/s-rendű sebességek értékét. I. Sebességeloszlás mérése gömbfüzérrel A Tanszék laboratóriumában Muszkalay László kezdeményezése nyomán már hosszabb idő óta használunk fonálra felfűzött gömböket üvegcsatornában áramló víz sebességeloszlásának minőségi megfigyelésére (1. kép). Ez a módszer eddigi formájában nem bizonyult alkalmasnak számszerű adatok meghatározására, de szellemes alapötlete felvetette a továbbfejlesztés lehetőségének gondolatát. A most javasolt módszer szerint 0,5—1,0 cm átmérőjű (de mindenesetre azonos méretű), a vízénél kisebb fajsúlyú gömböket fűzünk fel közel vízfajsúlyú fonálra, egymástól azonos távolságokra és a fonál egyik végét az üvegcsatorna fenekéhez rögzítjük. A pillanatnyi helyi sebességeloszlásnak megfelelően elhelyezkedő gömbfűzér lefényképez1. kép. Gomí>füzér üvegcsatornában Photo 1. Sphere link in a laboratory (/láss channel Bild 1. Kugelkelte in einer Glasrinne hető, és a fénykép alapján a sebességeloszlás egyszerit mechanikai meggondolások nyomán meghatározható. A gömbfűzérre ható erők vizsgálatát célszerűen a legfelső gömbre ható erőkkel kezdjük (1. ábra). A legfelső, — példánkban 4. számú — 1. ábra. Gömbfüzérre ható erők Fig. 1. Forces acting upon a sphere link Abb. 1. Auf eine Kugelkelte wirkende Krafte. gömbre az előre ismeretes nagyságú és irányú B felfelé ható erő (felhajtó erő), vízszintesen az áramlási nyomásból származó P 4 nyomóerő, s végül az S : l I kötélerő hat. Miután e két utóbbi erő iránya ismert, nagyságuk vektorháromszöggel megszerkeszthető. A következő, 3. számú gömbre az előbbivel azonos, felfelé ható B erőn kívül az S 3 , kötélerő, a P : t vízszintes nyomóerő és az S 2s kötélerő hat. Az első két erő nagysága és iránya, az utóbbi két erő iránya ismert, így ezek nagysága is szerkesztéssel meghatározható. Az eljárás lépésről lépésre folytatható, egészen a legalsó gömbig. A gömbfűzér adott pillanatban egyensúlyban van, a reá ható erőkből tehát az 1. ábra jobboldalán látható zárt vektorábra szerkeszthető meg, amelyről az egyes gömbökre ható P,, P 2,. . .P n nyomóerők leolvashatók. Második lépésünk annak vizsgálata, hogy a gömbre ható P erő és a folyadék sebessége közt milyen összefüggés áll fenn. Ezt az összefüggést világszerte számtalan méréssel tisztázták s az eredményeket többek közt Gruber és Blahó [1] ismerteti (2. ábra). Ezek a mérések a cellenállástényező értékét a Reynolds-szám függvényében fejezik ki. A c F ellenállástényező voltaképpen a gömbre ható tényleges P erőnek és a 0,5 • Q V 2 F elméleti dinamikus nyomóerő értékének viszonyszáma, Q a folyadék sűrűsége, F pedig a testnek az áramlás irányára merőleges vetülete, amely gömbnél d 2n/A és így : . . SP CF = vagyis «« = A 2. ábrán lévő c F = / (Re) összefüggést 5 < Re < 1000 határok közt a c„ = 32,1 Pe'"15 1 >« 1.055) (2)
