Hidrológiai Közlöny 1997 (77. évfolyam)
1-2. szám - 3-4. szám - 4. szám - Rosza Péter–Józsa János–Rákóczi László–Bakucz Péter: A görgetett hordalékmozgás… 1. rész
ROSZA P. et al.: A görget eU hordalékmozgás. 223 A páncélozódás Gyakran megfigyelhető, hogy ha a hidraulikai viszonyok úgy változnak meg, hogy a hordalékmozgató képesség a kritikus (megindulási) állapot közelébe kerül, és tartósan ott is marad, a hordalékmozgás fokozatosan leáll, mivel a kimozdítható szemcsék száma nullára csökken, a meder felszínét pedig egyre inkább a durva szemek borítják. Ha a hordalék utánpótlás megszűnik, az említett "szelektív eróziós" folyamat után kialakuló stabil felszín különleges tulajdonságokkal bír. A nagyobb szemcsék szorosan egymás mellett helyezkednek el, sokszor részben egymásra csúszva, az apróbb szemcsékből csak azok tudnak ott maradni, melyek a nagyobbak védelmében, "áramlási árnyékában" helyezkednek el - lásd még: Rákóczi (1988) Miután a hordalékmozgás leállt, a felületen még kisebb-nagyobb "mozgolódás", átrendeződés tapasztalható, ami addig tart, míg általában minden szemcse a legstabilabb pozícióját fel nem veszi. A különböző méretű szemcsék szinte "szimbiózisban élnek", egymást védik az elmozdulástól, az ilyen felülethez tartozó kritikus elmozdulási állapot csak jóval nagyobb áramlási sebességnél jön létre, mint a hasonló méretű szemcsékkel, de azok véletlenszerű elrendeződésével rendelkező felület esetén. Az ilyen felületet páncélozódott felszíni rétegnek nevezzük, az angol szakirodalom armoured surface layer-nek jelöli, az egész folyamatot pedig armouring-nek. Amenynyiben a szemcsék nagy százaléka viszonylag lapos, "korong", vagy "lemez" alakú, úgy a felület cseréppel borított tetőhöz is hasonlíthat; ennek az angol megfelelője az imbricated armour layer. Páncélozódott felszín esetén, ha a különböző méretű szemcsék elhelyezkedését figyeljük, általában azok strukturáltságát vehetjük észre. A nagyobb méretű szemcsék sokszor elnyújtott gyűrűket alkotnak, az apróbb szemcsék ezekben a nagyobbak által körbehatárolt "fészkekben" találhatók. Ennek az ún. fészkesedésnek a mértékét a hidraulikai paramétereken kívül nagyban determinálja a kezdeti szemeloszlási görbe - lásd még: Tait, Willets (1991). Ezeknek a mikro-elrendeződéseknek, mintázatoknak a vizsgálata volt a méréssorozat egyik fontos célkitűzése. Részletes elemzésükre a következő részben kerül sor. A Preston-cső Alkalmunk volt "kézbe venni", valamint a gyakorlatban ki is próbálni a csúsztató feszültség közvetlen mérésére alkalmas műszert, a Preston-csövet (4. ábra), amely tulajdonképpen egy kibővített Pitol-cső. Két, az áramlással szemben elhelyezett, egymás felett meghatározott távolságra lévő vékony cső, melyből az alsó a végén lyukas, a felső a végén zárt, de az oldalán két pár nagyon kis átmérőjű lyukkal, mindkettő egy nyomásmérőhöz kapcsolva. Preston 1954.-ben jelentette meg elméletét, melyet előbb Iíwang, majd Patel (1965) kísérletekkel is igazoltak, és végeztek csúsztató-feszültség méréseket sima, és érdes fal mellett is. A mérés a két csőben fellépő abszolút, és a statikus nyomás különbségéből indul ki. abszolút nyomást mérő cső statikus cső V A LL A LJ 0.028 in átmérőjű nyílás egy pár mindkét oldalon \JL> 0.38 in. . 0.125 in. külső átmérő 0.090 in. belső átmérő , 0.16 in. külső átmérő 0.125 in. belső átmérő —1.5 in. H 4. ábra. A Preston-cső sematikus rajza Elég közel egy sima falhoz, a lamináris hártyán belül a sebességeloszlás a következő alakban írható fel: y». (1) ahol u y a sebesség a faltól y távolságra, u, = p a csúsztató sebesség, v a kinematikai viszkozitási együttható. Mivel lehetetlen annyira kisméretű mérőműszert készíteni, mely teljesen bent tudna maradni ebben a határrétegben anélkül, hogy magával a méréssel lényegesen meg ne változtatná az áramlást, ennél valamivel vastagabb réteget kell vizsgálni, ahol még mindig igaz az u, \ i (2) általános sebességeloszlás. Stanton kezdeti próbálkozásai után Preston kimutatta, hogy egy fal mellé helyezett Pitot-csőben mért p, abszolút és p. statikus nyomás különbsége a p, v, T 0 és d,, független változóknak a függvénye; dp a cső külső átmérője. Az összefüggést a következő alakban adta meg: ' d 2N n U n PT-P, pS DL = A (3) A korrekt függvénykapcsolatot közvetlen kalibrálással határozta meg csővezetékek belsejében történő mérések esetére, és vizsgálta képlete érvényességi tartományát is. Később Ippen nyílt felszínű áramlásnál is használta az elméletet, Leutheusser pedig aerodinamikai kísérletet végzett hasonló eszközzel. Hwang volt az, aki 1963-ban először alkalmazott a maival megegyező mérőműszert érdes felületek mentén fellépő csúsztató feszültség mérésére. Az analitikus összefüggés a dinamikus nyomás (ptp,), és a felület mentén fellépő nyíró, azaz a csúsztató feszültség között a következő:
