Hidrológiai tájékoztató, 1976
Dr. Lászlóffy Woldemár: Gabion, egyesített műtárgy, SZAVICSAV és társaik - Thoma Frigyes: Eljárás a vízpára áramlási sebességének meghatározására
figyelést képező anyagi részek szabad szemmel nem láthatók. Ilyen eset fordul elő, amikor a vízfelszín párolgása folyamán keletkező vízpára elemi részeinek, — a vízmolekulák, illetve a vízmolekulacsomóknak — a levegőben lejátszódó áramlását kívánjuk nyomon követni. A levegőben áramló vízpára ugyanis színtelen, szagtalan, szabad szemmel nem látható anyagi részek (4). Jelen tanulmány a levegőben áramló vízpára sebességének meghatározásával és az ehhez szerkesztett mérő berendezés részletes leírásával foglalkozik. Méréstechnikánk mai szintje A vízpára áramlási sebességének meghatározására mindezideig nem állt rendelkezésünkre megfelelő egyszerű, olcsó mérőberendezés. A szabad vízfelszín párolgásával kapcsolatos jelenségének mennyiségi, illetve minőségi tulajdonságai közül a gyakorlatban csak a párolgás intenzitását tudják mérni (2). Nyílt vízfelület párolgásának intenzitása elméletileg a vízfelület egységéről az időegység alatt felszabadult (elpárolgott) vízmolekulák mennyiségével egyenlő, ami a párolgó víz szempontjából tulajdonképpen egy negatív vízhozamnak felel meg. Abszolút értékét tekintve a valóságban azonban az egy igen parányi kis vízhomamértéket jelent. Ezért a jobb érzékelés érdekében más egységben adják meg a párolgás mértékét. A párolgás intenzitása alatt a hidrológiában a vízfelületről az időegység alatt elpárolgott vízréteg vastagságát értik mm/óra vagy mm/nap egységben. Az elmondottaknak megfelelően a párolgás intenzitásának mérésére szolgáló készülékek gyanánt rendszerint egy igen pontos, általában metrikus (1), esetleg optikai vagy elektromos (3) vízszintészlelő készüléket használnak, a napjainban már szabványosított méretű párolgásmérő kádakhoz. A szabad vízfelszín párolgásakor keletkező vízpára áramlásának (zárt térben, laboratóriumi körülmények közötti lamináris áramlásának) vizsgálata kapcsán (5) önként felvetődhetnek a következő kérdések: mekkora ennek a lamináris áramlásnak a sebessége a térben, hogyan változik a sebesség térben és időben, mi és hogyan befolyásolja az áramlási sebesség nagyságát? Erre vonatkozólag mérőműszer hiányában mind ez ideig nem végeztek tudomásunk szerint méréseket. A vízpárának mint az anyagi részecskék halmazának észlelése A természetben előforduló anyagokat és alakzatokat, kiterjedésüktől függően felismerjük, alakjukat, méretüket meg tudjuk becsülni. Ez azonban csak egy bizonyos méretnél nagyobb tárgyak esetében áll fenn. A levegőben jelenlevő vízmolekulákat vagy azok egy kisebb csoportját (vízmolekulacsomókat), az emberi szem már nem képes felismerni (4). Ezért ezek jelenlétének érzékeléséhez különleges segédberendezések, speciális műszerek szükségesek. A következőkben ilyen — kimondottan a nedvesség (pára) észlelésére szolgáló — berendezésekkel foglalkozunk röviden. A levegőben jelenlevő vízpára eddigi észlelési módja. Az abszolút és relatív páratartalom Légterünk nedvességét, azaz a páratartalmat az atmoszférában jelenlevő vízmolekulák és vízmolekulacsomók mennyisége határozza meg. Ezt a páratartalmat kétféleképpen fejezhetjük ki, éspedig (6): a) abszolút páratartalom; a levegő 1 m 3-ében levő víz súlya grammokban mérve, n = gr/m 3 (=) 0,981-10— 3 cm— 2 gr sec— 2 b) relatív páratartalom; A levegő meghatározott térfogatában adott hőmérséklet mellett jelenlevő (m g) és az ugyanazon körülmények között a telítettséghez szükséges (mt) gőzmennyiség viszonya, Mindkét esetben beszélünk az anyagi részeket hordozó közegről, — jelen esetben a levegő tölti be ennek szerepét —, s a benne levő s valamiféle mozgást végző anyagi részecskékről, jelen esetben a páráról, illetve kimondottan molekuláris szemlélet alapján elnevezve a vízmolekuláról. Ezeknek az anyagi részecskéknek az észlelése idáig majdnem kizárólagosan — legalábbis ami a hidrológusokat illeti — higrométerekkel, illetve nedves és száraz hőmérők segítségével történt. (Megjegyzendő, hogy részletesebb képet erre vonatkozólag az egyik nemrég megjelent külföldi tanulmányból (7) kaphatunk.) A hidrométerek (hajszálas műszer, pl. Fischer-féle) leolvasási skálája a relatív páratartalom értékét közvetlenül %-ban adja meg. A nedves és száraz hőmérőkkel (pl. Auguszt-féle pszichométer) az abszolút páratartalmat jó közelítéssel az e = E n — 1/2 (tsz — í?() (2) képlettel számíthatjuk, ahol E n a t n nedves hőmérőn leolvasott hőmérséklethez tartozó telítési nedvesség (gr/m 3); t s z a száraz hőmérőn leolvasott hőmérséklet (C°); t„ a nedves hőmérőn leolvasott hőmérséklet (C°). A kutatómunka folyamán olyan igények is felmerülhetnek, amikor az észlelendő párás levegő helye és az észlelési hely között bizonyos távolság van, vagy a megmérendő páratartalom változása olyan kicsi, amely érték észlelése az eddig ismert mérőműszer segítségével már nem lehetséges. Ezért hasznos lehet egy olyan módszer, illetve műszer megszerkesztése, amely a megnövekedett igényeket is ki tudja elégíteni. A vízpára áramlási sebességének mérésére szolgáló módszer A sebesség fogalma alatt általában valamely közegben a kérdéses részecskéknek az időegység alatt megtett útját értjük. A vízmolekulacsomók és vízmolekulák áramlási sebességének meghatározásához esetünkben két adat meghatározása szükséges. Ezek: a) a geometriailag rögzített bázistávolság két végpontja közötti távolság nagysága (cm-ben); b) az áramlás folyamán a részecskéknek a bázistávolság mentén befutott útja közben eltelt idő (sec-ban). A bázistávolság meghatározása m/m pontossággal végzendő el. A véglegesen elfogadott távolság hossza többszöri lemérés átlagértékéből adódik. Az időtartam meghatározása stopperóra segítségével történik. Egy-egy sebesség meghatározásakor a pontosság növelése céljából több egymásutáni mérést célszerű végezni. A bázistávolság és az időmérés kezdő és végpontjainak szabatos rögzítése Az áramló vízpára egy kiválasztott keresztmetszetét szemmel láthatóan megjelölni nem lehet. Ezért célszerűségből kénytelenek vagyunk a mérni kívánt áramló vízpára-folyam homlok keresztmetszetét közvetett módon érzékelni a bázistávolság kezdő és végpontján. Ennek lehetőségére a következő felismerés vezetett. Ismeretes, hogy a vizsgált közeg melyben az áramlás sebességét mérni kívánjuk, — légmozgástól mentes, állandó hőmérsékletű, állandó relatív páratartalmú levegő — a vákuumhoz képest bizonyos dielektromos állandóval rendelkezik. Az 1. táblázatban összehasonlításképpen több elem, illetve vegyület és egy keverék (levegő) dielektromos állandóját tüntettük fel. 27
