Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)

1. szám - Karches Tamás: A közutakról lefolyó csapadékvíz-kezelés numerikus modellezése

49 A közutakról lefolyó csapadékvíz-kezelés numerikus modellezése Karches Tamás Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 1111. Budapest, Műegyetem rkp.3. Tel: 06 1 463-4260; fax:06 1 4633753; e-mail:karches@vkkt.bme.hu 0.24 0,06 m/s 1. ábra: Az olajfogó műtárgyban (a: terelőfal nélkül, b: indítva. Az áramvonalak színezése a 2. Módszertan A hidraulikai elemzés alapját az áramlást leíró egyenleteket, a folytonossági és impulzusegyenletet kiegészítő turbulencia modell képezi. Ehhez a turbulens kinetikus energiára és turbulens disszipációra felírt transzport-egyenletekre van szükség, ami egy robosztus RANS modell izotróp turbulencia feltevéssel. (Maele és Merci, 2006) Az így kapott nemlineáris parciális differenciálegyenlet-rendszert csak numerikusan tudjuk kezelni, ezért szükség van az áramlási tér diszkrét elemekre bontására. A kezdeti és peremértékek megadásával a számítás iteratív módon elvégezhető. (Patankar, 1980) A ma rendelkezésre álló sokféle áramlási modell-rendszer közül az Ansys CFD, bizonyult, köszönhetően a kiterjedt turbulencia modellezési lehetőségének, illetve terelőfallal) kialakuló áramvonalak a belépési szelvényből sebesség nagyság szerint történt (m/s többkomponensű rendszerek terén mutatott hatékonyságának, a legcélravezetőbbnek. (Lun, 2000) 3. Eredmények A számítási módszer bemutatásához egy csapadék esemény hatására, burkolt felületről lefolyó szennyezett vizet (Q = 100 l/s) vezettem rá egy adott szerkezeti kialakítású olajfogó műtárgyra. A modell-számítások után az l.a ábrán levő áramképet kaptam. Látható a kialakuló áramvonalak hosszanti jellege, mely tart egészen a műtárgy háromnegyedéig. A szennyező-anyag részecskéi rövid idő alatt, kiülepedés nélkül juthatnak át a műtárgyon. Ebből látszik, hogy ez az örvénystruktúra nem kedvező, azt meg kell törni olyan módon, hogy nagy szerkezeti átalakítást ne kelljen a műtárgyon végezni. Kivonat: A közutakról lefolyó szennyezett csapadékvíz kezelése olajfogókban történik. Numerikus modellezéssel lehetővé válik az ülepítő sebességterének feltárása, majd részecske-szimulációval a szennyező útja nyomon követhető a műtárgyon belül. Továbbá lehetőség van az áramlási tér manipulációjával a folyamatokat befolyásolni a nagyobb leválasztás érdekében még a tervezési fázisban. A tanulmány a víznél nagyobb sűrűségű frakció leválasztásával foglalkozik. A bemutatott példában látszik, hogy egy terelőfal megfelelő elhelyezése is jelentős hatásfok növekedést eredményezett, Ezáltal a tervezést nemcsak gyorsabban, hanem a költséghatékonyság figyelembe vételével is el lehetett végezni. Kulcsszavak: műtárgy-hidraulika, olajfogó, ülepítés, áramlástani modell. 1. Bevezetés A közutakról lefolyó csapadékvíz, útja során számos szennyező anyagot mos (moshat) le, melyek, lehetőleg a keletkezés helyének közelében való kezelése, tisztítása szükségessé válhat a befogadó felszíni vizek védelme érdekében. A szennyező anyagok nagy részének eltávolítása nem igényel bonyolult technológiát, többségük ülepítéssel és/ vagy szűréssel eltávolítható. Ezen szennyezőanyagok között jellemzően az aromás és alifás szénhidrogének, valamint a nehézfémek (Cr, Cd, Pb, Sn, Sb) is megtalálhatók. (Buzas et al„ 2008) A fenti szennyezők lefolyásbeli megjelenési formája a szilárd fázis, vagy az ahhoz kötődés. Ezért az alkalmazandó tisztítási technológia alapfolyamata a fázisszétválasztás, ahol a többnyire olajos szennyezők szilikátos ásványokhoz kötődve ülepíthetővé válnak, hisz az így létrejövő agglomerátumok sűrűsége meghaladja az esővíz sűrűségét. A különböző ülepítésen alapuló tisztítási technológiák optimalizálásához elengedhetetlen a bennük létrejövő áramlási struktúrák ismerete. Az eddigi gyakorlat túlméretezéssel próbálta kompenzálni az ezekről való ismeretek hiányát. Ez aránytalan költségnövekedéssel jár. Például a hosszanti átfolyású ülepítőket a hidraulikai rövidzárlat elkerülése érdekében jóval hosszabbra tervezik, mint amennyi a biztonságos leválasztáshoz elegendő lenne. A méretezések mérnöki ökölszabályokon alapulnak, melyek felülvizsgálata szükségessé vált. A műtárgyakban kialakuló örvények, turbulens jelenségek az ülepítőtől várt teljesítményt jelentősen befolyásolják, többnyire rontják, ezért célszerű e jelenségek figyelembe vétele. Azonban a bonyolult geometriai kialakítások miatt a zárt, analitikus megoldások nem célravezetők, a numerikus hidraulika módszeréhez kell fordulnunk.