Hidrológiai Közlöny 1970 (50. évfolyam)
1. szám - Dr. Starosolszky Ödön: Gondolatok a diffúziós és a jégjelenségek kismintavizsgálatáról
36 Hidrológiai Közlöny 1970. 1. sz. HIDRAULIKA Gondolatok a diffúziós- és a jég-jelenségek kisminta vizsgálatáról Dr. STASOSOISZKY ÖDÖN* a műszaki tudományok kandidátusa A folyószabályozási kismintákon már a múltban is' gyakran kellett jéglevonulási jelenségeket megfigyelni, újabban pedig a hő, oldat és szilárd szennyezések bevezetésével kapcsolatban diffúziós jelenségek megfigyelésére is szükség lehet. A diffúziós folyamat jellemzésére a dimenziónélküli (l) egyenlet írható fel, amely megköveteli, hogy hasonlóság esetén a (2) egyenlet szerint a diszperziós Reynolds-szám egységnyi legyen. Mivel ki kell elégíteni a Froude-féle modelltörvényt, amelyhez most a diszperziós tényező hasonlóságát biztosítható összefüggésnek kell járulnia, mind Elder [1], mind Fisher [2] diszperziós-tényező módszere szerint, amelyek a sebességgradiens azonosságát követelik meg, fenn kell állnia az (5) összefüggésnek. Ez pedig csak torzítatlan modelleknél érvényes. Széles medrek esetén a mederjellemzők és a jégtakaró relatív vastagsága között Parisét és Hausser [3] szerint a (6) összefüggés áll fenn, amelyet mintaként az 1. ábra mutat be. Nyilvánvaló, hogy a jégtakaró állékonysága szempontjából a hasonlóságot az biztosítja, ha a jellemző pont a valóságban és a modellen a mező ugyanazon helyére (de legalább a maző ugyanazon részébe) esik. Ebből a feltételből következik a (11), illetve a Froude törvény érvényessége esetén a (12) egyenlet. Az utóbbi nyilvánvalóan csak torzítatlan modellekre áll fenn. Az előbbiekből következik, hogy a diffúziós- és jég-jelenségek mennyiségi kismintavizsgálatához torzítatlan modellekre, vagy a jelenség jellegét esetleg egyedileg figyelembe vevő átszámítási módszerre van szükség. 1. Diffúziós-jelenségek A hagyományos folyószabályozási alapelvek mellé napjainkban, elsősorban sűrűnlakott és iparosodott országokban, olyan szempontok is fölzárkóznak, amelyeknek a múltban kis jelentősége volt. Ezek a szempontok a szennyvizek bevezetéséhez kapcsolódnak. Szem előtt kell tartani, hogy a) a bevezetett szennyezések minél hamarább elkeveredjenek, b) a káros szennyezések lebomlása minél előbb végbemenjen, c) a bevezetett szilárd anyagok se le ne ülepedjenek, se a felszínen lepedéket alkotva ne ússzanak, a különféle habkeltő anyagok ne kerüljenek olyan kedvező helyzetbe, hogy nagy mennyiségű úszó hab keletkezzék. Az új szempontok és a régebbiek egyidejű kielégítése néha nem kis nehézséget jelent. Az elkeveredés és lebomlás elősegítése részint a bevezető műtárgyak kialakításával (ún. diffuzorok), részint helyük kedvező megválasztásával, azaz a turbulens diffúzió segítségével érhető el. Ha a bevezetés számára megfelelő körülmények a természetes mederben nincsenek, esetleg a folyószabályozási művek segítségével kell ilyent teremteni. A diffúziós folyamatok megváltozására ter* Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet, Budapest . mészetesen gondot kell fordítani a vízkivételek tervezésénél, a mederben hagyandó legkisebb vízhozam megállapításánál is. Ezek a folyamatok ugyanis többnyire nem lineárisak a vízhozam csökkenésével. Duzzasztott folyószakaszokon a sebesség csökkenése idézhet elő kellemetlen változásokat, amelyek előrejelzése a megfelelő óvintézkedések feltétele. A bevezetett szennyező anyagok ülepedésének káros voltára már a hazai gyakorlatban is volt példa, amikor a vízművek kútjainak vízszállítása a megnövekedett parti szűrőellenállás következtében lecsökkent. A leülepedés elkerülésére esetleg a szennyvizet előzetes kezelésnek kell alávetni (vagy a szilárd anyagot előzetesen eleve ki kell ülepíteni). A habosodás elkerülése igen nehéz feladat, mert minden zuhatag, vagy műtárgy a habosodás ideális gerjesztője. A hő szennyezéseket illetően az elkeveredés a legfontosabb szempont. A folyószabályozási módszerek megválasztásánál — még ha esetleg pillanatnyilag nehéz is minden igényt kielégítő megoldást találni — gondolni kell ezekre a szempontokra is, és a többfázisú víz mozgásának különleges törvényeit a természetes hordalékon túlmenően is figyelembe kell venni. Fel kell azonban hívni a figyelmet, hogy —- sajnos —- a folyószabályozási célokra többnyire alkalmazott torzított modellek nem alkalmasak a diszperziós jelenségek számszerű tanulmányozására. Ennek bizonyítására írjuk fel az anyagmegmaradás dimenzió nélküli differenciál egyenletét ahol u a vízfolyás sebessége, L a jellemző méret, F a szelvényterület, c a szennyezés koncentrációja, I) a diffúziós tényező, t az idő és a; a vízfolyásirányú távolság. A 0 index a viszonyítási alapra utal, a felülvonás jelen esetben a jellemző mennyiségeknek a viszonyítási alappal osztott, dimenzió nélküli értékét jelenti (pl. x—xjL a, ü—uju 0 stb). Nyilvánvaló, hogy a modell és a valóság közötti hasonlóság csak akkor áll fenn, ha az u 0L 0/D 0, az ún. diszperziós Reynolds szám egységnyi, azaz 1, (2) ahol A az index szerinti mennyiségek viszonyszáma. Folyami modelleknél ki kell elégíteni a Froudetörvényt, tehát (3) ahol X y a függőleges méretarány.
