Hidrológiai tájékoztató, 2016
DIPLOMAMUNKA PÁLYÁZATOK - Németh Anita: Nyomásmérés egy hidraulikai modellen és annak optikai kiértékelése
1.táblázat. Maximális nyomás változása az egyes szenzorokon Tervezési vízhozam Nyomásmérő szenzor száma Q=320 m3/s Nyomásmérő szenzor száma 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 200 mJ/s 10.5 14.5 28.5 49.7 48.5 Hord.fogó gát nélkül 6 33.3 100 994 100 320m3/s 9.1 9.3 20.8 34.5 51.7 Hord.fogó gáttal 9.1 9.3 20.8 34.5 51.7 Nyomásmérő szenzor száma Q=320 m3/s Nyomásmérő szenzor száma 5 6 7 8 9 Tervezési vízhozam 5 6 7 8 9 10.7 9.8 10.9 9.8 10.1 Hord.fogó gát nélkül 63.6 62.5 62.8 320 mJ/s 37.7 33.6 47 34.7 22.4 Hord.fogó gáttal 37.7 33.6 47 34.7 22.4 A táblázatok szürke oszlopai jelölik a szervízkamra felett elhelyezett nyomásmérők maximális mért értékeit a jelenlegi, és a tervezett vízhozam esetére. A táblázatok fehér oszlopa jelöli ugyenezen értékeket a gát utófenekén. Az eredmények jelentős nyomásnövekedést mutatnak a gát utófenekén, mely nagyon fontos lehet annak teherbírásának számításánál. Ami a hordalékfogó gát meglétét illeti, elmondható, hogy elbontása jelentős további nyomásnövekedést okozna, így ajánlott annak meghagyása. A kapott eredmények megbízhatóságát csökkenti azonban, hogy ezen mérések nyomásidősorában is előfordult több negatív nyomásérték, valamint nyomás1. ábra. Nyomásidősor [m v.o.J, Q=9I,8 l/s, hordalék- fogó gáttal Ezek részletesebb vizsgálata érdekében további, 120 db különböző nyomásmérést végeztem egy kisebb modellen (2. ábra), melyen pontosan definiálhatók voltak az alábbi paraméterek: vízszint, kifolyó víz magassága, kifolyó víz hozama, vízsugár levegőtartalma. 2. ábra. A hidrodinamikai nyomás vizsgálata A mérések részletesebb megfigyelése érdekében optikai vizsgálatokat is végeztem nagysebességű kamera segítségével. Elsőként a hidrosztatikus nyomásmérés pontosságát vizsgáltam. A mért idősorok kb. 2,5 mm szórást mutattak, melyet így már figyelembe tudtam venni a hidrodinamikai nyomásidősorok vizsgálatánál. Mivel a kapott nyomásidősorokban feltűnt egyfajta hullámzó tendencia, így szükséges volt Fourier transz- formációnak alávetni azokat. Az kapott eredmények alapján bebizonyosodott, hogy az idősoroknak nincs jellemző frekvencia komponense, azok véletlenszerűek. További előzetes vizsgálatot igényelt az un. „Vízsu- gár-mag” jelenség. Ez a jelenség röviden annyit jelent, hogy a fúvókát elhagyó vízsugár a vízfelszínt elérve a fúvóka függélyében, egy bizonyos mélységig (a vízsu- gár-mag tartományában) konstans, magas nyomást eredményez kis fluktuációval, az azon kívüli részen azonban alacsony nyomást eredményez erős fluktuációval. Az eredmények torzulásának elkerülése érdekében így szükséges volt annak a fúvóka-magasságnak, illetve a vízmélység meghatározása, amelyen túl ez a jelenség elkerülhető. A kapott magasság 6 cm lett, tehát a fúvókának és a vízszintnek legalább ekkora távolságra kell lenni a nyomásmérőtől. Az optikai vizsgálatokhoz olyan paraméterbeállítást kerestem, amelynél jelentős nyomáscsúcsok alakultak ki. Ez alanyony vízhozam és sok hozzáadott levegő esetén következett be. Azonban az optikai vizsgálatok kimutatták, hogy ezen paraméterbeállítás esetén a másodperc egy töredékére ugyan, de a levegő vissza tudja nyomni a vizet a fúvókában, így az szakaszosan kilövell, nyomáscsúcsokat eredményezve az idősorokban (3. ábra). 3. ábra. A vízsugár kilövell a fúvókából Ezt a modellhibát megpróbáltam oly módon kiküszöbölni, hogy a fúvókát a víztükör fölé helyeztem, amely így azonban nem tette lehetővé a rendszerhez adott levegő mennyiségének számszerűsítését. A maradék számszerűsíthető paraméter (vízhozam, vízállás, fúvóka magassága) különböző beállításával további 60 db nyomásmérés és optikai vizsgálatot végeztem. A vizsgálatok során szembe-tűnt a modell újabb hibája. Amikor a fúvóka magasan helyezkedett el a vízszinthez képest (tehát a vízsugár „útja” viszonylag hosszú volt), a fúvókát elhagyó 4. ábra. A vízsugás vízsugár - mivel az az hozzá-taoad az edénv edény falához volt rögzítve - hozzátapadt a modell falához (4. ábra) eltorzítva így a mérési eredményeket. Ezeknél a méréssorozatoknál a kameraképeken ugyan látszódtak bizonyos sejtések a kialakuló nyomáscsúcsok okára, de sajnos egyértelmű magyarázattal nem tudtak szolgálni. Egyrészről, amikor a fúvóka közel volt a nyomásérzékelőhöz erős flukuáció alakult ki az érzékelő környezetében, de ez a jelenség a mérések során folyamatosan fennállt, így nem fogadható el egyértelmű magyarázatnak. Másrészről pedig, amikor a vízszint magas volt, és így a fúvóka viszonylag távol volt a nyomásérzékelőtől a kilövellt víz-sugár az edényben lévő vízoszlopon áthaladva nem egységesen érte el az edény alján lévő szondát, hanem a kilakuló turbulens áramlásoknak köszönhetően keveredett, összeütközött az edényben lévő vízzel. Amikor tehát a kialakuló turbulens áramlások lehetővé tették, a vízsugár kisebb ellenállással el tudta érni az edény alját, nagyobb nyomást gyakorolva így rá (5. ábra). 28
