Hidrológiai Közlöny 1979 (59. évfolyam)

2. szám - Dr. Szalay Miklós: A szabadfelszínű mozgások hidraulikájának hazai helyzete és a fejlesztés feladatai a népgazdasági igények tükrében

60 Hidrológiai Közlöny 1979. 2. sz. Dr. Szalay M.: A szabadfelszínű mozgások ságelmélet továbbfejlesztése — különösen a mozgómedrű folyók esetén — éppúgy napirenden van, mint új területek kifejlesztése, köztük a vízépítési műtárgyakban fellépő rezgésjelenségek modellezése. Az elmondottakat rendszerezve megállapíthatjuk, hogy a szabadfelszínű hidraulika illetékességi területét az alábbi módon lehet felosztani: 1. ,, Tisztavíz-hidraulika" 1.1 Hagyományos hidraulika (permanens egyenletes és fokozatosan változó, egydimenziósán kezelt mozgások; permanens, lokálisan változó — a műtárgy-hidraulika területére eső — mozgások). 1.2 Rendszerhidraulika (egyszerű és összetett rendszerek viselkedésének előrejelzése, szabályozása, optimalizálása), ami magában foglalja a nempermanens áramlások különféle feladatainak megoldását. Ez a vízkormányzás hidraulikai alapja. 2. Többfázisú és heterogén folyadékok hidraulikája 2.1 Rétegzett áramlások hidraulikája 2.2 A hordalékmozgás hidraulikája 2.3 Kémiai (oldott) szennyezések elkeveredése 2.4 Termodinamikai folyamatok 2.5 Jéghidraulika 2.6 Gáz—víz fázisú elegyek hidraulikája 2.7 Az előbbiekre támaszkodó, azokat továbbfejlesztő ökológiai hidraulika 3. Tengerparti és tengeri hidraulika 3.1 Árapály-jelenségek 3.2 Tengeráramlások 3.3 A hullámmozgás hidraulikája 4. Hidraulikai modellkísérletezés és méréstechnika A többdimenziós áramlások vizsgálata csaknem minden témakörben egyre inkább kezd uralkodóvá válni és jelentősége domináns jellegű, mert elsősorban ettől függ az egyes feladatok megdldásának tudományos szintje és gyakorlati értéke is. 2. A íelszíni hidraulika mai munkamódszerei A pontosság iránti igény rohamos fokozódása hozta magával azt, hogy nem elégszünk meg a klasszikus hidraulika egydimenziós, átlagértékekkel dolgozó módszereivel. A megoldandó feladatok ma már két vagy három térbeli és ezenfelül idődimenzióban is jelentkeznek. Ennek megfelelően a feladatok megfogalmazása sem történhetik a klasszikus hidraulika egyszerűen kezelhető módszereivel (pl. Bernoulli-egyenlet), hanem parciális — és sokszor ráadásul nem-lineáris — differenciálegyenletekkel. Ez a körülmény teljesen elmossa a hidraulika és a hidromechanika közt korábban kénytelenségből vont határt. A feladatok megfogalmazása során felállított differenciálegyenletek integrálása az esetek többségében zárt alakban nem végezhető el, legfeljebb igen számottevő (és hatásaikat tekintve nehezen ellenőrizhető) elhanyagolások árán. Ezért a szokásos megoldási módszerek: — numerikus módszerek (véges differenciák, véges elemek, Runge—Kutta-eljárás stb.), — analógiás számítógépek (célgépek), — kismintavizsgálatok, —- egyéb fizikai analógiák. A kismintavizsgálatok területén — az elméleti alapok továbbfejlesztése mellett — ki kell emelnünk a korszerű méréstechnika bevonulását a hidraulikai laboratóriumokba. A sebességtér, a turbulencia, az oldott anyagok koncentrációja stb. mérésében szerephez jut a lézer, a termisztor, az izotóptechnika, a mérési eredményeket folyamatos átlagolással digitálisan kijelző és számítógépre on-line üzemmódban kapcsolható mikroprocesszorok. A hidraulikai jelenségeknek egyre magasabb szintű matematikai modellezése új és nehezebb feladatok elé állítják a fizikai modellezést is, mivel a kezdeti és határfeltételek — általában — csak laboratóriumban vagy helyszíni mérésekkel állíthatók elő. A megbízható kezdeti és határfeltételek pedig rendkívül lényeges elemei a jelenségeket leíró differenciálegyenlet-rendszerek numerikus megoldásának. Azirányban is mutatkoznak jelek, hogy az ún. ,,számítógép-hidraulika" (Computer hydraulics) bizonyos mértékig önálló tudománnyá válik vagy igyekszik válni; már amennyire az ilyesmi manapság még lehetséges. Az önállóság itt voltaképpen egy sajátos, a számítógépek lehetőségeit és elvi működését figyelembe vevő gondolkodásmód elsajátítását jelenti, amely még magába ötvözi a numerikus módszerek felé orientáltságot is. A számítások matematikai-fizikai lényegének ismerete mellett azonos fontossághoz jut a számítások helyes megszervezése is. A cumputer hidraulika lényege: olyan hidraulikai feladatok számítógépes megoldása, melyek gépek nélkül nem végezhetők el. Fejlődőben van a hidraulikai módszertannak egy másik ága is :a sztochasztikus hidraulika. Csírái a turbulencia sztochasztikus elméletének megalkotásakor, vagyis több évtizeddel ezelőtt már adva voltak. Akkor egy valóban sztochasztikus folyamatra alkalmaztak sztochasztikus elméletet. A későbbiekben az a vonal is folytatódott (gondoljunk csak az elkeveredés leírására szolgáló bolyongási modellekre), de történt számos olyan sikeres kísérlet is, amikor csupán a determinisztikus és sztochasztikus folyamatok egyenleteinek formai egyezése miatt oldottak meg determinisztikus feladatokat (pl. a Laplace-egyenlet kielégítő, potenciális áramlások áramképének meghatározását) Monte— CarZó-módszerrel vagy egyéb sztochasztikus eljárással. E téren egészen új kezdeményezést jelent a korábban determinisztikus jelenségként kezelt nempermanens folyamatokban a sztochasztikus jelleg felismerése; ami lehetőséget nyújtott bizonyos nempermanens folyamatok hagyományosnál sokkal egyszerűbb modellezésére. Jó példa erre a vízmozgás irányával egyező irányban haladó vízhozam hullámok tovaterjedését leíró, s éppen hazánkban kidolgozott „átvonulási elmélet", amely a maga területén a megbízhatóság szempontjából