Hidrológiai Közlöny 1968 (48. évfolyam)

12. szám - Dr. Dávid László: Légbuborékos vízhozammérés vizsgálata

Dávid L.: Légbuborékos vízhozamviérés Hidrológiai Közlöny 1968. 12. sz. 533 mozdulásának aránya a megfelelő sebességek arányával azonos, így írhatjuk dl v(h) Az egyenletet rendezve a v(h)dh w (5) kifejezést kapjuk, amely nem más, mint adott s távolságra levő, az áramlás irányába eső függőleges síkban mozgó buborék emelkedési pályájának differenciál egyenlete. A felszínre érkező buborék kilépési távolságát, L-t pedig az (5) egyenlet megoldásával kapjuk, azaz L H L(s)= f dl= f —v(h,s)dh= 0 0 II — — I v(h, s)dh, w J (6) mivel feltételezzük, hogy a w—const. A feltételezés jogosságát a későbbiekben vizsgáljuk. Ezt a kifejezést a (2) egyenlet alapján a következő alakra hozhatjuk azaz L = —q IV q=w-L (7) (8) Az (5), (6) és (7) egyenleteket vizsgálva, megállapíthatjuk, hogy a buborék pályája nem más, mint a függély különböző mélységeihez tartozó fajlagos vízhozamok integrál görbéje. így a tejes függély fajlagos vízhozama [8] nyilvánvalóan egyenesen arányos a buborék kilépési távolságával (L). Az arányossági tényező a w emelkedési sebesség. A szelvény teljes vízhozamának meghatározásához figyelembe kell vennünk, hogy mind a q. mind pedig az L az s függvényében változik (ld és le ábrák). A (8) és (2) egyenleteket összevonva azt kaphatjuk, hogy u w-L(s)= J v(h,s)dh. (9) A vízhozamot kifejező (3) egyenlet, a (9) egyenlet alapján pedig a következő alakra hozható N « Q = j* wL(s)ds=w I L(s)ds emelkedési sebesség. így a vízhozam meghatározásának szükséges és elégséges feltétele a iv értékének ismerete és az F' mérése. Ezt az egyenletet (11), amelyet Vid és Szemenov is ismertet, a légbuborékos vízhozammérés alapösszefüggésének nevezhetjük. A (11) kifejezés alakra megegyezik az ismert Q—VIC • F (12) egyenlettel, ahol vt a mérési szelvény középsebessége, F pedig a keresztmetszeti területe. A (11) és (12) egyenletek összehasonlításából a következő kifejezést nyerjük w (13) (10) & Mivel a j" L(s)ds kifejezés az L=f(s) görbe o és a mérési szelvény által határolt ún. vízhozamábra F' területével egyenlő (le ábra), ezért Q=wF' (11) A vízhozam tehát egyenesen arányos a vízhozamábra területével. Az arányossági tényező a w Ebből megállapítható, hogy a szelvény és a vízhozamábra területe a sebességek hányadosának befolyása mellett egymással arányos. A vízhozamábra tulajdonképpen a szelvény keresztmetszetének térbeli 90°-os transzformációjaként jelenik meg és így bizonyos fokig alakilag is hasonlóak egymáshoz. A légbuborékos vizhozammérés ismertetett jellemző összefüggései alapvetően két vizsgálandó feladatot jelölnek ki. 1. A légbuborék állandónak feltételezett w emelkedési végsebességének és ezen keresztül a buborékmozgás jellemzőinek vizsgálata. 2. A vízhozamra F' területének meghatározására vonatkozó lehetőségek, módszerek feltárása és tanulmányozása. A továbbiakban ezekre a kérdésekre, egyrészt irodalmi áttekintés, másrészt kísérletek lefolytatása és értékelése útján igyekeztünk megadni a választ. 2. Irodalmi áttekintés A kapcsolódó témakörökben eddig elért eredmények megismerését célzó áttekintés a légbuborékmozgás jellemzésére és a vízhozamábra meghatározására irányult. Az eredményeket és a levonható következtetéseket röviden az alábbiakban foglaltuk össze. A vízben lejátszódó buborékmozgás két alapvető szakaszra, a képződés és az emelkedés szakaszára választható szét. A kutatási eredmények [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] alapján megállapíthatjuk, hogy mind nyugvó, mind áramló vízben a felszín alatt elhelyezett levegőztető cső nyílásán képződő buborékok átmérője (d) — a buborékra ható felhajtó erő és a buborékot a csőnél visszatartani igyekvő felületi feszültség egyensúlyának pillanatában — a levegőztető nyílás átmérőjétől (D), a víz, valamint a levegő térfogatsúlyától (y

v, ill. yi.) ós hőmérsékletétől (t

v, ill. ti), a felületi feszültségtől, (K), a léghozamtól (QL), a buborék emelkedési végsebességétől (w), a légbuborékok kifolyási állapotától (különálló vagy láncszerű), a levegőztető cső merülési mélységétől (//) és végül a levegőztető nyílás helyzetétől (0) függ. A légbuborékok emelkedésével kapcsolatos kutatásokat áttekintve pedig kitűnik, hogy a levegőztető csőről levált légbuborékok mind nyugvó, mind áramló vízben, elhanyagolhatóan rövid gyorsuló szakasz után, a hatóerők (a felhajtóerő, a buborék súlya és a közegellenállás) egyensúlyának