Hidrológiai Közlöny 1963 (43. évfolyam)
2. szám - Haszpra Ottó: A felületi mérőfej. Hidraulikus rendszerű vízhozammérés csövekben gyakorlatilag energiaveszteség nélkül
140 Hidrológiai Közlöny 1963. 2. sz. Haszpra O.: A felületi mérőfej Ebben az összefüggésben h a vízoszlopban kifejezett piezometrikus nyomás a gömbfelület tetszőleges pontján, »oo az áramlási sebesség a gömbtől végtelen távol levő helyeken (ahol tehát a gömb zavaró hatása már elenyésző), a a gömb tetszőleges pontjához vezető gömbi sugár és a vfektor által bezárt szög, h M pedig a végtelenben létező piezometrikus nyomás. Az egyenletből kitűnik, hogy a végtelen térbe helyezett gömb 1. sz. torlópontja és a v^-re merőleges sugarú 2. jelű pontjai között Ah = 9 vL T2g 1 1 1 1 1 Súrlódás nélkül - Kritikus sebesség felett fo'6,70*!0 s „ Kritikus sebesség alatt He 'f,86*IO s piezometrikus nyomáskülönbség ébred. (Vagyis a Pitot-cső által adott nyomáskülönbség 2,25szöröse.) A meridiánkör menti ideális nyomáseloszlást A= 0 egyszerűsítéssel a 2. ábrán tüntettük fel. A valóságban a fal menti súrlódás és turbulens áramlásban a gömb után kialakuló holttér miatt ez a nyomáseloszlás módosul (1. ábra), az 1. és 2. pontok közti nyomáskülönbség csökken, a 2. és 3. pontok között pedig jelentéktelenné válik. Az 1. és 2. pontok közötti nyomáskülönbség azonban még mindig elég nagy, és — bizonyos kritikus Reynolds-számok környezetétől eltekintve — továbbra is egyértelmű kapcsolatban van a sebességgel. Hasonló a helyzet a 2. és 3. pontok közötti nyomáskülönbség esetében is. A fal zavaró hatása miatt az irodalomból [2] ismert Reynolds-szám határok éppúgy, mint a meridiánkörök menti nyomáseloszlás, valamint az 1. és 2., ill. a 2. és 3. pontok közti nyomáskülönbség, csak kísérlettel határozhatók meg. A félgömbbe két vagy három furatot mélyesztünk, melyek csővezeték segítségével piezométerhez vagy más nyomásmérő berendezéshez csatlakoznak. Az egyik furatot a félgömb torlópontjában, a másikat a csőfaltól legtávolabb eső pontjában (csúcspontjában), a harmadikat a torlóponttal átellenes pontjában létesítjük (3la ábra). Az áramló folyadék hozamának meghatározása zárt csőben a torlópont és a csúcspont közti nyomáskülönbség, nyílt csatornában egyrészt a torlópont és a csúcspont közti nyomáskülönbség, másrészt a kettő közül valamelyiken észlelt piezometrikus nyomás alapján történik. A harmadik furat abban az esetben játszik szerepet, ha a esőben, ill. csatornában az áramlás iránya változó (pl. közös öntözőés belvízcsatornák, -szivattyúk). A kísérletek azt mutatták, hogy a nyomást a csúcspontban és a mindenkori torlópontban célj 4. ábra. A végtelen térbe helyezett henger körüli nyomáseloszlása a v sebességvektor és a meridiánsík közti szög függvényében különböző mozgásállapotoknál <t>ue. 4. PacnpedeAenue daeAenuü OKOAO quAundpa, nocmaeAeHHoao e öecKOHewoe npocmpaHcmeo e 3aeucuMOcmu om yiAa Mejtcdy eenmopoM CKopocmu v u MepuduanHoü nAOCKOcmbw npu pa3Hbix cocmonHunx deujiceHun Fig. 4. Pressure distribution around a cylinder in infinite space cis a function of the angle included by the velocity vector ~v and the meridián pláne, for various regimes of flow szerű észlelni, mert így általában valamivel nagyobb nyomáskülönbség adódik, mint a torlópont és átellenese között. 2. A felületi mérőfej másik fajtája a félhenger. Ennek tengelye az áramlás irányára merőleges, sík lapja mentén csatlakozik a csatorna falához, s a félgömbhöz hasonlóan két vagy három furattal rendelkezik. Ha a félhengert sík lap helyett a csőszelvénynek megfelelő ives felülettel határoljuk, vagy magát a félhengert félkörgyűrű szektorrá hajlítjuk, csőfalra is szerelhető. Megjegyezzük, hogy az ideális nyomáseloszlást a végtelen homogén áramtérbe helyezett végtelen hosszú henger körül a - 4 sín 2 x) ho összefüggés szolgáltatja, tehát az 1. és 2. pontok (helyesebben alkotók) közti nyomáskülönbség Ah 2 g' 3a—b ábra. A félgömbfej (vagy félhenger fej) [a] és a torlasztólap [M megcsapolásai <Pue. 3a—b. BbixodHbtc moncu ZOAOBKÜ rwAiuiapa [a] (UAU noAyipiAUHdpa) u nodnupaiouieeo Aucma [b] Fig. 3a—b. Outlets of [al setni-spherical (or semicylindrical) pickup head and. [6] back-pressure plate vagyis a Pitot-cső által szolgáltatottnak négyszerese. Ezt a nyomáseloszlást és a nyomáskülönbségeket ugyanolyan hatások módosítják, mint a félgömb esetén. A henger körüli nyomáseloszlást az ideális esetre vonatkozóan a 2. ábra szemlélteti. A 4. ábrán ezt a nyomáseloszlást az irodalom [2] nyomán a meridiánsík és a v rx i vektor által bezárt szög (GC) függvényében derékszögű koordinátarendszerben is ábrázoltuk. Ezen az ábrán feltün-
