Hidrológiai Közlöny 1980 (60. évfolyam)

7. szám - Dr. Haszpra Ottó: Rugalmas vízépítési szerkezetek vizsgálata főkiviteli anyagból épült modellen, ha a nehézségi erő befolyása elhanyagolható

Hidrológiai Közlöny 1980. 7. sz. 327 Rugalmas vízépítési szerkezetek vizsgálata főkiviteli anyagból épült modellen, ha a nehézségi erő befolyása elhanyagolható DK. HASZPRi O T T Ó* a műszaki tudományok doktora 1. Bevezetés A Hidrológiai Közlöny hasábjain már több tanulmányban [2, 3, 4, 5] számoltunk be a hidroelasztikai jelenségek modellezéséről, általában azzal a feltételezéssel (ill. figyelmünket erre összpontosítva), hogy a tehetetlenségi és rugalmas erők mellett a nehézségi erő is uralkodó szerepet játszik a vizsgált jelenségekben. Számos olyan gyakorlati feladat képzelhető el azonban, ahol a szerkezetek áramláskeltette rezgéseit a nehézségi erő nem befolyásolja. ilyen rezgések állhatnak elő mindazokban az esetekben, ha a vizsgált szerkezet nyomás alatti teltszelvényű víztérben (csőben, alagútban, kamrában stb.) van és súlypontja — a szerkezet helyzetétől függetlenül — egy rögzített forgástengelyre esik (pl. tengelyszimmetrikus pillangószelepek, csőturbinák, propellerszivattvúk stb.). Ugyanez a helyzet (bizonyos megkötésekkel), ha a szerkezet súlypontja csak egyenesvonalú mozgást végezhet (pl. tolózárak, egyenes pályán mozgatott zárótáblák stb.), vagy pályája vízszintes síkban van. Ezekben az esetekben a nehézségi erőnek a mozgásra gyakorolt befolyása mind kicsiny, mind pedig nagv kimozdulások (lengések) esetén egyaránt zérus. Végül vannak olyan esetek is, amikor a mozgás során a súlypont helyzete nem rögzített, vagy nem egyenes mentén változik, de elmozdulásának mértéke olyan csekély, hogy az emiatt fellépő erőjáték-módosulás a fellépő rugalmas erők miattihoz képest elhanyagolható. Mindezekre az esetekre vonatkozóan a modellezésnek különleges lehetőségei nyílnak meg. Ezekre a lehetőségekre már röviden utaltunk [6, 7], most részletesebben ismertetjük. 2. A nehézségi erő szerepe Úgy tűnik, hogy feladatunk ismertetését megragadhatjuk egy széles körben elterjedt tévhit eloszlatására. Ennek a tévhitnek leggyakoribb konkrét megnyilvánulási formája, hogy a nehézségi erő hatása alatt álló áramlási jelenségeket a szabadfelszínű áramlások jelenségeivel azonosítják, míg a nehézségi erő elhanyagolhatóságát kölcsönösen egyértelműen a nyomás alatti áramlásokhoz kötik.** * Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Központ, Budapest. (1979. óta Budapesti Műszaki Egyetem) ** Még a hidroelasztikai modellezés kiemelkedő úttörője is ezt írja: ,,. . .szabad folyadékfelszín nélküli modellben a sebességlépték szabadon választható, hacsak a Reynolds szám nem esik egy kritikus minimum alá" [9], A jelen tanulmány szerzőjének egyik cikke [7] is jelentős késedelemmel jelent meg, mert az első lektornak Ez a vélemény gyakran megállja a helyét, elvileg azonban hibás. Hogy a nehézségi erő (és egyáltalán bármely származású erő) valamely jelenségben elhanyagolható-e, azt a jelenségben résztvevő összes közegek vizsgálatával lehet eldönteni. Ha a hidraulikai jelenség nemcsak a folyadék mozgásából, hanem egyéb testek (hordalék, vízépítési szerkezet stb.) mozgásából, alakváltozásából is áll, a folyadékon kívül az egyéb testekre ható erőket is meg kell vizsgálni. A szilárd határolófelülettel (ezek között akár merev, rögzített gátszerkezettel) teljesen körülhatárolt áramlásra a nehézségi erő valóban nem gyakorol befolyást (míg kavitáció nem lép fel, de akkor már nem szilárd a határolófelület!), ha azonban ez az áramlás pl. kődarabokat görget, vagy ingaszerű szerkezetet térít ki többek között a nehézségi erő segítségével vagy ellenében,ez azt jelenti, hogy az illető testekre való hatása révén a nehézségi erő az egész szóbanforgó áramlási, illetve fizikai jelenséget befolyásolja, s így nem hanyagolható el (1. ábra). Gyakran egészen egymáshoz hasonló jellegűnek tűnő elrendezések esetén is gyökeres különbséget jelent, hogy az egyik esetben a nehézségi erő befolyásolja a jelenséget, a másikban nem (2. ábra). Néha a szerkezet deformációja, vagy törése vezet oda, hogy az alaphelyzetben semmi befolyást nem gyakorló erő hirtelen uralkodó erővé válik és a jelenség további alakulását jelentősen vagy döntően meghatározza (3. ábra). A felsorolt példák talán világosabbá teszik, hogy a nyomás alatti áramlást nem lehet minden további nélkül olyannak tekinteni, amelyet csak az áramlási tér be- és kilépő szelvényében uralkodó nyomások különbsége határoz meg. Adott esetben a nehézségi erőnek jelentős szerepe lehet, s ezt körültekintően meg kell vizsgálni. A következőkben ismertetésre kerülő modellezési módszer csak azokra az — egyébként gyakorlati szempontból is jelentős — esetekre vonatkozik, ahol a nehézségi erő szerepe valóban zérus vagy elhanyagolható, s emellett a modellbeli jelenségben részt vevő közegek minősége azonos a főkiviteli közegekével. A tárgyalásmódban az összhang kedvéért az előző tanulmányainkban alkalmazott módszerhez alkalmazkodunk, azaz a jelenség leíró egyenleteiül az egyes hatóerőkre vonatkozó törvényszerűségeket tekintjük, s az alkalmazható modelltörvényt, illetve méretszorzókat ezekből vezetjük le. (aki egyébként doktorátusát hidroelasztikai vizsgálatokkal szerezte) szilárd meggyőződése volt, hogy nyomás alatti áramlásban a nehézségi erőnek semmi szerepe nem lehet, tehát minden esetben a Reynolds-féle modelltörvény szerint kell modellezni.