Hidrológiai Közlöny 1966 (46. évfolyam)

4. szám - Molnár Lajos: Levegő áramlása vákuumkutakhoz

Hidrológiai Közlöny 1966. 4. sz. 165 HIDRAULIKA Levegő áramlása vákuumkutakhoz M'O ILI.ÍS LAJOS* Bevezetés Munkaárkok, illetve munkagödrök ideiglenes víztelenítésére a vákuumkutas módszer széles körben elterjedt annak ellenére, hogy működésének számos részlete még ma sines elméletileg tisztázva. Széles körű alkalmazása gyors és olcsó kivitelezhetőségének, egyszerű kezelhetőségének köszönhető, a működése körüli tisztázatlanságok azonban számos esetben bonyodalmakat okoznak és a víztelenítés csak költséges, kombinált módszerrel végezhető. A vákuumkutas víztelenítés során lejátszódó jelenségek közül egyik legkevésbé tisztázott -— a víztelenítést azonban legnagyobb mértékben befolyásoló — tényező a levegő áramlása. Ha a kutak környezetében a depressziós görbe a kútszűrő felső síkja alá kerül (vákuumos üzemeltetés esetén ez minden esetben előáll), akkor a talaj összetételétől függően több-kevesebb levegő is kerül a kutakba. Kevésbé kötött talajokban olyan tetemes lehet a levegő beáramlása, hogy a légszivattyú működésében üzemzavar állhat elő. Az ilven talajokban a víztelenítő kutak nem üzemeltethetők vákuumosán, hanem csak szűrőkutakként**. A kutakba áramló levegő mennyiségét a talaj szerkezetén, levegőáteresztőképességén kívül az áramlási határfeltételek is döntő mértékben befolyásolják. A levegő áramlási kérdéseinek a vizsgálatát az Építéstudományi Intézet megbízásából dr. Öllős Géza végezte az Építőipari és Közlekedési Műszaki Egyetem Vízgazdálkodási Tanszékének hidraulikai laboratóriumában. A homokmodellen végzett vizsgálatai során kimutatta, hogy a szemcsés közegbeli levegőáramlás bizonyos mozgástartományban a víz mozgásához hasonlóan potenciálosnak tekinthető [6], Ez a felismerés lehetővé teszi ezen eddig legnehezebbnek látszó feladatnak az elektromos analógia elvén alapuló modellen való vizsgálatát is. Elektromos modell Az elektromos analógiai modellvizsgálat — mint ismeretes — azon az elven alapszik, hogy a porózus közegben mozgó víz vagv levegő és az áramvezető közegben áramló elektromosság egyaránt potenciálos, ugyanazon matematikai egyenetekkel jellemezhető [4]. Az 1. ábrán a levegőáramlás vizsgálatára az Egyetemen alkalmazott homok [6] és az Építéstudományi Intézetben készített elektromos modell felépítése hasonlítható össze. Vizsgálataink során feltételeztük, hogv az áramlási tér homogén és izotróp. * ÉTI, Budapest, ** Ezeket a kutakat az irodalom gyakran gravitációs kutaknak nevezi. Hangfrekvenciás generátor LevegóetSzivos i levegőbeszlvás " Szitaszövpt ( vákuumkutsor) ,8'rézlemez 1. ábra. A homok és az elektromos modell vázlata 0uzypa 1. CxeMa necKa u sAeicmputecKoü ModeAU Fig. 1. Arrangement of sand- and electric models Az A jelű rézlemez a levegő beáramlási felületét, a B jelű rézlemez a kútsort képviseli. Az A és B jelű lemezekbe generátor által gerjesztett hangfrekvenciás áramot vezettünk, és ezzel párhuzamosan ,,P" potenciométert kapcsoltunk. A potenciométer csúszó karjára indikátor (varázsszemmel működő indikáló erősítő) csatlakozik. Az indikátor másik pólusára a modell elektrolitjában mozogható tapogatótűt csatoltunk. A tapogatótűt az elektrolitban mozgatva az indikátor zérus átfolyó áramot mutat (a varázsszem szétnyílik) akkor, ha a tű a modell „A" és ,,B" lemeze közötti olyan ellenállásarányú helyen áll, amely megfelel a ,,P" potenciométer ellenállás arányának. Ezzel a módszerrel az azonos ellenállású — vagy az ezzel egybevágó azonos feszültségű (ekvipotenciál) — görbék kitapogathatok és megrajzolhatók. Ha az ún. negatív modellt készítjük el, vagyis az áramvezető és szigetelő felületeket a modellben felcseréljük, akkor a tapogató tűvel az áramgörbék rajzolhatok meg. Fontos tulajdonsága az így megszerkesztett áramképnek, hogy minden áramgörbe közötti ún. áramcsövön azonos folyadékmennyiség áramlik [9], Az Építéstudományi Intézet elektromos modellberendezésón az ekvipotenciál, illetve áramgörbék pantográffal rajzolhatok meg. A ,,P" potenciométer 20 db sorbakapcsolt ellenállásból áll, tehát a teljes feszültség 1/20-ad része, vagyis 5%-os ekvipotenciálgörbesereg szerkeszthető. A szivárgó folyadékmennyiség meghatározása modell segítségével Az elektromos modell alapján a szivárgó víz (vagy levegő) mennyisége kétféle módon határozható meg ; a megszerkesztett áramképből számítással, vagy közvetlenül az átfolyó elektromos áram mérésével. A hidromechanikából ismeretes, hogy két áramvonal közötti ún. áramcső bármely merőleges metszetén átfolyó folyadékmennyiség állandó. A 2. ábrán valamely megszerkesztett áramkép egy részletét kiragadva rajzoltuk meg. A vonalkázott „áramcsövön" átfolyó folyadék mennyisége Darcytörvénv alapján : Aq = As-v — Ask • 7 = As-kAH M (1) ahol Aq — a vonalkázott 1 fm széles „áramcsövön" átfolyó folyadékmennyiség