Hidrológiai Közlöny 1962 (42. évfolyam)

2. szám - Juhász József: Beszivárgás levegő jelenlétében

Juhász J.: Beszivárgás levegő jelenlétében Hidrológiai Közlöny 1962. 2. sz. 115 illetőleg k'i = ^ (levegőre). Az ábrából kitűnik, hogy ha a homok és mészkő pórusai mintegy 20%, a homokkövek pedig 50% folyadékot tartalmaznak, akkor a gázos víz cseppfolyós (víz) fázisára vonatkozó áteresztőképesség k\. = 0. Ha tehát legfeljebb 20%-nyira telítettek a homok pórusai vízzel, az már a nyomáskülönbség hatására nem mozdul. L. Sz. Leibenzon vizsgálatai szerint a fázisáteresztőképesség és a víztartalom közötti, összefüggés homok esetében : k'

v = W

3-". (1) Averjanov pedig az alábbi képlet használatát javasolja : K = (i —(2) \ n—w

0J A képletben szereplő jelölések : n a hézagtérfogat ; L a pórusok levegőtartalma ; w

(

) a legkisebb nedvességtartalom. Egy másik munkában [5] a Leibenzonéhoz hasonló képletet ajánl: k'=w (3w— 2) ^—2(1 — ÍO)

2 In (1 — w) ad w

35 (2/a) Használatra a B. B. Lapuk-féle kísérletekkel jó egyezést mutató Leibenzon-féle számítást javasoljuk az esetleg szükséges redukcióval. A kísérletek folyamán megállapították azt is, hogy a folyadék viszkozitásának és feszültségének nagymértékű növekedése sem gyakorol számottevő befolyást az 1. ábrán bemutatott görbére. A víz egységnyi térfogatában feloldott természetes gáz súlya a folyadék felületére ható nyomással (rétegnyomással) egyenes arányban nő. A hőmérséklettel általában csökken, de igen nagy nyomások esetén (100—300 atm) 80 C° után ismét növekszik. Talajvíz szivárgások esetén az oldott gáz mennyisége a kis nyomásokra való tekintettel igen csekély, általában 2%-a a térfogatnak, azaz 20 l levegő egy köbméter vízben. Ez a mennyiség a víz áramlását egyáltalán nem módosítja, sőt egyes francia kísérletek szerint a kismennyiségű levegővel kevert víz kedvezőbb áramlási viszonyokat mutat a tiszta víznél. Talajvíz szivárgásánál tehát a vízben oldott gázok a szivárgás kétfázisú jellegét gyakorlatilag nem módosítják. Ha a talajvízbe kerülő gázok mennyisége — a fentiek szerint — 2%-nál több — gyakorlatilag teljes mennyiségben búborékok alakjában vannak jelen. A talajvíz szivárgásánál ezért nem a gázos folyadékot, hanem a víz és levegő különálló részének együttes áramlását kell vizsgálni. Az előzőekben leírt kísérletek tehát számunkra jól alkalmazható eredményeket adtak. A levegőmozgás fizikája a háromfázisú talajban Vizsgáljuk meg a vízbe jutó gáz útját. Először vegyük szemügyre a felfelé emelkedő vizet, majd a beszivárgást. Ornatszkij megállapította, hogy a durvább szemcséjű talajokban, akár vízemelkedés, akár beszivárgás következtében, ritkán marad bezárt légbúborék. A finomabb anyagok különböző, egymással összefüggő kapillárisaiban a víz különbözőképpen emelkedik. így megtörténik, hogy a szomszédos kapilláris magasabbra emelkedő vize felülről tölti meg a szomszéd póruscsatornát, s ebben ilyenkor a levegő bentszorulhat. Más esetben a kiöblösödő kapillárisban megakadhat a víz emelkedése, s a felette képződő tér beszívja a levegőt olyan pórusokon keresztül, amelyek még kapcsolatban álltak a légkörrel. Később a bezárt víz itt is elveszti kapcsolatát a légkörrel. A felfelé emelkedő vízbe tehát nagymennyiségű levegő kerülhet be. Ennek búborékjai részben visszamaradnak a vízben, részben távoznak belőle. A beszivárgáskor tulajdonképpen teljesen hasonló a helyzet mint előbb, azzal a különbséggel, hogy a víz lefelé szivárgó útjában részben magába zárja a levegőt, részben pedig összenyomja azt. Vizsgáljuk meg először, hogyan távozik a vízből a bezárt levegőbúborék. A lefelé szivárgó vízbe bezárt levegő bizonyos sebességgel felfelé áramlik és egy idő múlva távozik a talajból. Tudjuk, hogy a folyadékban levő test súlya (G') az alábbi módon számítható : G\ = G

v — öj, (3) ahol G\ a légbuborék súlya a vízben, Gv a kiszorított víz súlya és G

1 a légbuborék súlya a szárazon. A légbuborék sugarát jelöljük ívvel, a folyadék fajsúlyát y-val, a levegő fajsúlyáty; -el. A megfelelő értékeket behelyettesítve 4 3 4 3 4 G

l = ~r

b ti-y —r

bn-yi — -^r

bn(y— yi). (4) Tekintettel arra, hogy a folyadék fajsúlya sokszorosan nagyobb, mint a levegőé, y §> yi a légbuborék a

0 kezdeti gyorsulással elkezd felfelé áramlani. A felfelé áramló légbuborék azonban a víz relatív sebességének megfelelő E ellenállásba ütközik, amelyet a szárnyszelvények elméletében használatos ellenállási tényező (C

e) bevezetésével így írhatunk fel : E = C

e^yF, (5) ahol F az áramlásra merőleges buborékfelület, vagyis F = rtn. Nyilvánvaló, hogy az ellenállás növekedése folytán, megfelelő idő múlva a sebesség elér egy olyan határértéket, amely után további gyorsulás már nincs, hanem a buborék egyenletes sebességgel áramlik tovább. A határsebességet akkor kapjuk, amikor Q\ =E