Hidrológiai Közlöny 1955 (35. évfolyam)

9-10. szám - Vágás István: Ülepítő medencékre vonatkozó kismintatörvények ellenőrzése

Hidrológiai Közlöny 35. évf. 9—10. sz. 327 Általános érvényű, a gyakorlatban is használható modelltörvényünk nincs. Fontos feladatunk ezért az adott viszonyok közötti legmegfelelőbb összefüggés kiválasztása. Jelen tanulmány függőleges átfolyású ülepítőmedencékre, több méretarányban végzett kísérletek alapján bizonyítja, hogy a Froude törvény érvényes. A dolgozat igazolja azt, hogy a Froude szám megbízható átszámítási kulcs valószínűleg minden ülepítőmedencénél. Érdeme továbbá, hogy invariáns függvények keresése és többléptékű kismintakísérlet elvégzése útján módszert ad más, hasonló vizsgálatokhoz. Ülepítőmeclencékre vonatkozó kismintatörvények ellenőrzése VÁGÁS ISTVÁN HIDRAULIKA (A cikkhez tartozó fényképek a 352. és 353. oldalak közötti mellékleten találhatók.) A vízellátási és csatornázási építkezések fejlődése a tisztítótelepek okszerű tervezésének kérdéseit is előtérbe helyezte. Nagyobbszámú kismintakísérletet folytattak, különösen az ülepítőmedencék működésének vizsgálatára. A kismintakísérletek során minden esetben a hasonlósági mechanika törvényei kerülnek alkalmazásra. Ezeknek segítségével számítjuk át a kismintán nyert mérési eredményeinket a megépítendő műtárgyra vonatkozó értékekre. Magát a kismintát is ezeknek a törvényeknek a figyelembevételével építjük meg. A hasonlósági mechanika a különböző főerőknek megfelelően más és más összefüggést használ a vízmozgás jellemző mennyiségénenk átszámítására. Általában az összes főerőt egy kísérlet során együttesen nem tudjuk figyelembevenni. Emiatt a lényegtelenebb erőhatásokat el kell hanyagolnunk [1], Az elhanyagolásból hibák származhatnak, amelyek a tapasztalat szerint a kisminta méreteinek csökkentésével növekednek [2], Fontos feladat meghatározni, hogy vizsgálatunk esetében milyen pontossággal tekinthető érvényesnek az alapul választott főerőkre levezetett átszámítási törvény. Amennyiben célszerű és helyes a matematikai eszközökkel is bizonyított fizikai törvényeket kísérleti ellenőrzésnek alávetni, éppen úgy indokolt az elméleti úton levezetett modellhasonlósági törvények érvényességi viszonyait kísérleti úton vizsgálni. Tanulmányomban módszert mutatok be arra vonatkozóan, hogyan lehet ezt a kísérleti ellenőrzést ülepítőmedencék kismintáin elvégezni. Az ellenőrző kísérlet elméleti alapjai Kismintakísérletünk eredményességének egyik főfeltétele, hogy a kismintán létrehozott vízmozgás hasonló legyen a megépítendő műtárgy falai közt létrejövő vízmozgáshoz. Ez a kívánalom tulajdonképpen azt a gondolatot rejti magában, amely szerint a hasonló erőrendszerek mértanilag hasonló alakzatokon hasonló mozgásjeleket idéznek elő. Ha tehát két vagy több mértanilag hasonló műtárgyalakzaton hasonló mozgásjelenségeket észlelünk, akkor ezeket hasonló erőknek kellett létrehozniuk. Az ülepítőmedencékben végbemenő vízmozgást a medence minden pontjában ismert sebességvektor egyértelműen jellemzi. A sebességvektorok meghatározására azonban nincsen érzékeny műszerünk. Ezidőszerint csak olyan mennyiségeket tudunk meghatározni, amelyek a sebességállapottól függenek ugyan, de amelyekben az egyes hatások az egész medencére összegeződve jutnak kifejezésre. Az átfolyó víz sebességállapotát a fentieknek megfelelően az átfolyási görbe jellemzi. Tekintsük az ülepítőmedence hozzáfolyócsövén áthaladó vizrészecskéket. Vizsgálatunk pillanatától kezdve valamilyen megkülönböztetéssel jelöljük meg ezeket a vízrészecskéket. Adagoljunk hozzájuk só vagy festékoldatot. Kísérjük figyelemmel, mikor mutatható ki a jelzett víz az ülepítőmedence vízelvezetőcsövénél. A jelzett víz mozgástörvényei megegyeznek a tiszta víz mozgástörvényeivel. A gyorsabban mozgó jelzett vízrészecskék hamarabb átfolynak az ülepítőmedencén, mint a lassabban haladók, a vízmozgás sebességi viszonyainak megfelelően. Az idő folyamán egyre több jelzett vízrészecske érkezik az elvezetőcsőhöz, végül már tiszta víz nem is folyik át a medencén. Ha a jelző oldat elvezetőcsőben mért törménységének változását az idő függvényében ábrázoljuk, a kapott görbét átfolyási görbének nevezzük. Bebizonyítható (lásd részletesen [3]), hogy az átfolyási görbén ábrázolt töménységértékek egyúttal vízhozamjellegű mennyiségekkel is arányosak. Minél több jelzett víz folyik át az időegység alatt az elvezetőcsövön, annál nagyobb az ott mérhető töménység is, tehát az átfolyási görbe azt is megmutatja, hogy mennyi idő szükséges ahhoz, hogy az üzemi vízhozam meghatározott hányada átfollyék a medencén. Az átfolyási görbe ilyenformán a vízhozam és az idő között is összefüggést fejez ki : Q = Q(t) (1) Ezt a kifejezést a t = s/v, továbbá a § = = v(F) • F összefüggéseknek megfelelően, s medencehossz és F = F (s) átfolyási keresztmetszet ismeretében, átlakíthatjuk : í; = i> (2) A (2) kifejezés teszi világossá, hogy a sebességeloszlás változatlansága az átfolyási görbe változatlanságával jár együtt. Ezért, ha két geometriailag hasonló műtárgyon hasonló sebességállapotot hozunk létre, akkor az átfolyási görbék is hasonlóak lesznek egymáshoz. Az átfolyási görbe tehát alkalmas arra, hogy segítségével a mozgásj elenségek hasonlóságát kimutathassuk. Hogy azonban számításokat is végezhessünk, az