Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)

4. szám

HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 57. ÉVFOLYAM 4. SZÁM 145—192. oldal Budapest, 1977. április Porózus kőzetek küszöb-gradiensének meghatározása Dr. KOVÁCS GYÖJIGY a műszaki tudományok floktora 1. Ideális, viszkózus és nem-Newtoni folyadékok Az ideális (nem viszkózus) folyadék csak elméleti közelítés. Molekulái teljesen mozgékonyuk, egymáshoz viszonyított elmozdulásukat semmilyen ellenállás nem gátolja. A valóságban azonban mindig van vonzás a molekulák között. Ezzek eredménye az, hogy nyírófeszültség ébred a valóságos folyadék molekuláinak két rétege között, ha ezek mozgási sebessége különböző. A rétegeket elválasztó felület egységnyi területén ható belső súrlódás egyenlő a nyírófeszültséggel, ami arányos a mozgás irányára merőleges sebességváltozással. Az arányossági tényező a dinamikai viszkozitás (Newtoni folyadék). Olyan folyadékok (pl. a víz) esetében, amelyeknek molekulái dipólok, ezek negatív és pozitív pólusai kötó'dnek egymáshoz, és ez a kapcsolat növeli a molekulák közötti vonzást, amelynek alapértéke (a tömegvonzás) minden folyadékban jelen van. Ezeknek a speciális folyadékoknak a viszkozitása tehát összevontan fejezi ki a két különböző hatást (a tömegvonzást és a dipólok kötődését). A dipólok orientációja nem állandó. A kapcsolatokat a Brownmozgás szétbontja, és új csoportok alakulnak ki folyamatosan. Így a dipól molekulákból álló folyadék viszkozitása a véletlen jelleggel kötődő molekulák számát jellemző valószínűségi paraméter, amely a vonzás és a Brown-mozgás közötti egyensúlyt juttatja kifejezésre. Minden külső hatás (pl. nyomás), ami növeli a dipólok orientációját és kötődését, növeli a folyadék nyírófeszültségét, míg azok a befolyásoló tényezők, amelyek csökkentik a kötések számát (pl. hőmérséklet növekedés), ellenkező változást okoznak. A nyírófeszültséget növelő hatások közül a folyadékot körülfogó szilárd fal elektrosztatikus töltése különleges szerepet játszik a folyadék dinamikájában. Ennek a tényezőnek erőtani elemzése már figyelembe vesz a belső súrlódáson kívül még egy fékező erőt (az adhéziót), amely a gyorsító gravitációval szemben működik. A fal elektrosztatikus töltése a vízmolekulákat polarizálja. Az első rétegben minden dipól teljesen orientált és a falhoz kötődik. Polarizálódást figyelhetünk meg ezen a kettős-rétegen belül a víztest belsejében is. Az orientált molekulák száma azonban fordítottan arányos a faltól mért távolsággal (ő). Az adhéziós (Van der Waals) erő a falra merőlegesen hat. Egységnyi falfelületre jutó hányadát p szívással jellemezzük, amelyet az elméleti fizikában hatodfokú hiperbolával közelítenek a réteg vastagságának függvényében Az adhéziónak (amely a falra merőleges) nincs mozgásirányú komponense. Az áramlást fékező hatását ezért közvetett módon kell számításba venni, figyelembe véve a viszkozitást (pontosabban a nyírófeszültséget) befolyásoló hatását. Ennek az eljárásnak az alkalmazása eltérést jelent a Newtoni-folyadéktól, és olyan anyag vizsgálatát igényli, amely statikus nyírófeszültséggel rendelkezik. Ez az anyag a Bingham-testek különleges fajtája, amelyet a faltól mért távolságtól függő statikus nyírófeszültség [T

0(Ó)] jellemez (nemNewtoni folyadék). A teljes nyírófeszültséget (amely tehát a statikus és a viszkozitástól függő részek összege) helyettesítve a súrlódás (S) és az adhézió (E) összevont fékező hatását egy egyenlettel jellemezhetjük: T(Ő) = t

0(Ő)+Í^; tehát (2) ahol A az egymáshoz viszonyítva elmozduló két molekularéteget elválasztó felület kiterjedése. 2. Küszöb-gradiens kapilláris csövekben A statikus nyírófeszültség létét azzal a ténnyel bizonyíthatjuk, hogy kohéziós rétegekben (és nagyon kis átmérőjű kapilláris csövekben) létezik a gradiensnek olyan határértéke (7

0 küszöb-gradiens) amely alatt mozgás egyáltalán nem jön létre, zérus sebesség tartozik véges gradienshez. A küszöbgradiens mért értékét használhatjuk ezért a statikus nyírófeszültség jellemzésére (Karádi és Török, 1955„Kutilek 1965.). Bondarenko és N

erpin (1966 ; 1967), valamint Bondarenko (1966) közölte azoknak a kísérleteknek az eredményeit, amelyeknek célja a kapilláris csövek küszöb-gradiensének meghatározása volt. Az 1-a ábra azokat az összetartozó sebesség és gradiens értékeket tünteti fel, amelyeket különböző átmérőjű csövekben (a csövek anyaga kvarc, vagy