Vízügyi Közlemények, 1957 (39. évfolyam)

1-2. füzet - II. Szesztay Károly: Az áramlási sebesség számítása. Tervezési segédletek

Az áramlási sebesség 59 seggel jár : (1) az áramlást szabályozó fizikai törvényszerűségekhez igazodó érdességi mérték-rendszert (mértékegységet) kell meghatározni ; (2) a mértékrendszert össze kell kapcsolni a gyakorlatban előforduló mederérdességekkel, hogy az adott feladatban szereplő érdesség mérőszámát egyszerűen és egyértelműen meg lehessen állapítani. Megállapítható, hogy a mérnöki gyakorlatban használatos Lapasztalati képleteknek (Bazin, Kutter, Manning . . . stb.) nincs elméletileg megalapozott érdességi mérték-rendszerük. A kísérleti eredmények statisztikai kiegyenlítésével levezetett tapasztalati képletekben az ,,érdességi tényező"-nek kell a lehetőség szerint eltompítania azokat az ellentmondásokat, amelyek a többé-kevésbé önkényesen megválasztott képletek szerkezete és az áramlást valójában szabályozó fizikai törvények között elkerülhetetlenül fellépnek. Ezekből az ellentmondásokból adódik például, hogy a Manning, Kulter és több más képletben használatos n tényező a sima csövek tartományában (0,009 és 0,012 között) úgyszólván teljesen érzéketlen, az érdes medrek tartományában (0,040-nél nagyobb értékeknél) viszont „túlérzékennyé" válik. A 11. ábra mutatja, hogy amíg n 0,009-ről 0,012-re növekszik, az érdesség fizikai mértékegységében, a Nikuradse szerinti egyenértékű homok-átmérőben (amire az alábbiakban még visszatérünk) kereken 100-szoros a növekedés, viszont az n > 0,025 tartományban az /i-érték ugyanakkora változásának az e-érték mindössze 2-szeres növekedése felel meg. A tapasztalati képletek érdességi mértékrendszerének inhomogén volta gyakorlati szempontból is hátrányos : megnehezíti az érdességi viszonyok alakulásának számszerű megítélését, amiért jelentékeny hibát okozhat, ha az egyik képlethez megállapított mértékrendszert valamely más szerkezetű képletben változatlanul használják (amint például a Kutter — Ganguillet szerinti n értékkel is történik). A fentiekből következik, hogy a különböző képletek érdességi mértékrendszere között — amint a 3. ábrával kapcsolatos feldolgozás eredményei is mutatják — nem lehet egyértelmű kapcsolat. Ez is félreértésekre és tévedésekre adhat okot a gyakorlati tapasztalatokból leszűrt átszámítási módok esetében. A meder érdességének hidraulikai jellemzésére Nikuradse vezetett be fizikai elgondoláson alapuló mértékrendszert, az egyenértékű homok-átmérőt. Kísérleteiben az érdességet különböző szemnagyságú homoknak ragasztóanyagba szórásával változtatta. A kiválasztott homok-átmérőnek és a hidraulikus sugárnak a hányadosaként értelmezett e/R relatív érdesség lehetővé tette a meder érdességének a 7. ábra szerinti méret nélküli vizsgálatban való figyelembevételét. A Nikuradse által bevezetett érdességi mértékrendszernek a mérnöki gyakorlatban való alkalmazásával kapcsolatosan több elméleti és gyakorlati nehézség merül fel. Az első észrevétel, hogy a meder falát érdesítő homokszemcsék átmérője még akkor sem lehet egyértelmű hidraulikai jellemző, lia a szemcsék szigorúan gömb alakúak és azonos átmérőjűek. Nyilvánvaló, hogy a hidraulikai ellenállást a meder falát érdesítő szemcsék egymástóli távolsága (a felületegységre szórt homokmennyiség) és a szemcsék „kiállásának" mértéke (vagyis a ragasztóanyag sajátosságai és a beszórás módja) is befolyásolja. Nikuradse csak azáltal juthatott egyértelmű fizikai törvényszerűségeket kifejező eredményekhez, hogy a különböző kísérletek igen gondos előkészítésével az említett két adat tekintetében egyöntetűséget biztosított. A fentiekből következik, hogy amikor az érdességet Nikuradse homokátmérőivel jellemezzük, az e érték burkoltan az általa alkalmazott mesterséges érdesítés