Hidrológiai Közlöny 1995 (75. évfolyam)

1. szám - Hankó Zoltán: Háromdimenziós hullámmozgás egy magányos pillér körül, nyílt felszínű csatornában. I. A hullámmozgás közelítő analitikai jellemzése

4 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 1995. 75. ÉVF. 1. SZÁM 1. ábra. A háromdimenziós hullámmozgás alapesetének helyszínrajzi vázlata. A nem áramvonalas pillér az egyenestengelyű csatorna középvonalában helyezkedik el. University of London-hoz tartozó Imperial College of Science and Technology Hidrológiai és Hidraulikai Intézetében (igazgató: FrancisJ.R.D. egyetemi tanár) alapozó kutatás keretébe tartozó vizsgálatokat végezni. A hidraulikai laboratóriumban elvégzett kísérleti vizsgálat és a mérések eredményei nagymértékben előmozdították az elméleti megalapozást is. 1. A jelenség alapesete Alapesetenek tekinthető egy egyenestengelyű, nyílt felszínű, permanens, egyenletes vízmozgás, melynek keresztmetszete derékszögű négyszög és amelynek tengelyében áll egy magányos, nem áramvonalas kialakítású pillér. A helyszínrajzi elrendezést és az alapvető jelöléseket az 1. ábra foglalja össze. Egy W szélességű, D vízmélységű, derékszögű négyszög keresztmetszetű, nyílt felszínű (permanens és egyenletes) vízmozgásban a tengelyvonalban elhelyezett b vastagságú és l hosszúságú, nem áramvonalas kialakítású pillér alvízi végén a Kármán féle örvények válnak le periódikusan, a pillér melletti U sebességű vízáramlás nem tudja ugyanis követni a nem áramvonalas pillér alakját. A leválás helye x=l

2 és y= =(W ± b)l2. A pillér két oldalán a leválás fél periódusnyi idővel eltolva következik be. A leválás helyén a vízmozgás átmenetileg megtorlódik, majd a feltorlódott víztömeg leszakadva magával ragad a közepes vízfelszín alatti vízrészeket is és így helyi vízszintsüllyedés is kialakul. Ez a periódikusan ismétlődő (a pillér két oldalán félperiódusnyi idővel eltolva jelentkező) helyi vízszint- (nyomás-) ingadozás periódikus (háromdimenziós) hullámmozgást gerjeszt (ez a jelenségnek csak szemléltetési célból rendkívül leegyszerűsített leírása). A pillér alvízi végénél az örvényleválással kialakuló, periódikus vízszint- (nyomás-) változással gerjesztett hullám a pillértől a külső fal felé és fel víz felé terjed. A külső falat elérő hullám visszaverődik és keresztirányban álló hullám alakul ki a pillér és a külső fal között, amely felvíz felé terjed. Ez a felvíz felé terjedő, keresztirányban álló hullám elérve a pillér csúcsát, egy kis része (a keresztszelvény megváltozása miatt) visszaverődik és elindul visszafelé, folyásirányban, a hullám keletkezési helyéhez, a pillér alvízi végéhez. A pillér csúcsát elérő hullám nagyobb része tovább terjed felvíz felé. A gerjesztés helyétől (a pillér alvízi végének szelvényétől) felvíz felé induló, majd részben visszaverődő és a gerjesztés szelvényébe visszaérkező, összetett hullámmozgást a gerjesztéssel alvíz felé indított hullámmozgás támasztja meg, amely azonban keletkezésekor rögvest összeomlik és energiája a leváló örvények útján emésztődik fel. A pillér és a külső fal között kialakuló álló hullám akár páros, akár páratlan csomópont számú lehet. A felvizen (a pillér csúcsa fölött) és az alvizen (a pillér végétől lefelé) keresztirányban kialakuló álló hullámnak azonban páratlan csomópont számúnak kell lennie, mert a pillér alvízi végén az örvényleválás a pillér két oldalán