Hidrológiai tájékoztató, 1980

1. szám, április - Thoma Frigyes: Körlemez alatti vízfelület párolgáscsökkentésének kialakulása és fizikai magyarázata

Amint a kör alakú szeleplemezt a víz felé süllyesztjük az egyes áramvonalak hosszai csökkennek, vagyis a nagyságuk rendre l't < b, l'i < k (7) Ugyanakkor azonban a hengerpalást felülete lényegesen csökken és az átfolyási keresztmetszetben egy szűkítés keletkezik (4. ábra), amikor is felírható, hogy F'< F (8) pest lecsökken, vagyis dn* dn dx( 4) dxtX) = (P2 — Pl)A, (14) Az áramvonalak hosszának rövidülése nagyobb páranyomás gradienst jelent, ami a páramolekulák áramlásának növekedését idézné elő, ugyanis ha IV, < l,

t, akkor f

n • > tehát I\ >1/. s az egész rendszerre dxi

A) dx(,,) nézve egy V > 1 (9) helyzet állna elő. A lemez süllyesztése következtében beálló kifolyási keresztmetszet-szűkítés azt eredményezi, hogy a hengerpaláston keresztül I nagyságú eltávozó páramolekula mennyiségéhez képest kevesebb, azaz I* < I (10) páramolekula mennyiség távozhat csak el. Márpedig a köralakú szeleplemez alatti vízfelületről távozó „I" páramolekulák mennyisége a lemez süllyesztésével — a páranyomás gradiens növekedése miatt „V "-re nő. Kérdés ezekután az, hogy mi módon kerül ez a három (V, í, I*) páraáramlás nagysággal jelölt labilissá vált áramlási folyamat, amelyet matematikailag az 1'>I>I* (11) egyenlőtlenséggel jelölhetnénk az idő folyamán egyensúlyba? Erre csak egy lehetőség kínálkozik a kör alakú szelephez és a vízfelszín közötti hengeres térben. Ez pedig a víz felszínéről a hengeres térbe kerülő páramolekulák egy részének a hengeres térben történő tározódása. A tározódás azonnal megindul mihelyt „h" értéke r/2 alá csökken. Ugyanakkor a kör alakú szeleplemez alatti hengeres ítérre korábban (1) kimutatott kontinuitás megszűnik arra az időre, amíg a tározódás be nem fejeződik és előáll az, hogy r - i* (12) azaz az új helyzetnek megfelelően az I' belépő és I* kilépő páramolekulák mennyisége a hengeres térben azonos lesz. A „feleslegesen" a szeileplemez és vízfelszín közé került páramolekuláknak ebben a térben tehát tározódniuk kell. A lemez süllyesztése s így a kifolyási szelvény csökkenése a tározódás hatására a kifolyási nyílás közelében (4. ábra) a páranyomás p

(*-ra növekszik. Ennek következtében az az eset áll elő, hogy Pl* > Pl (13) , aminek következményeként például az egyik felső (4-es) rétegben a páranyomás gradiens a korábbi értékhez ké-: A csökkenő páranyomás gradiens pedig már a vízfelszín közelében is a páramolekula áramlás, a molekuláris diffúzió csökkenését vonja maga után. Ez a „páradúsulási" folyamat addig tart, amíg a szeleplemez és a vízfelület közötti légtérben a nyomásgradiens olyan mértékű páraáramlásnak felel meg, hogy annyi pára jusson a leszűkített hengerpaláston keresztül a szabadba amennyi a szeleplemez nagyságú vízfelszínről a hengeres légtérbe kerül. Így bizonyos idő elteltével valóban beáll az az állapot, hogy V = 1 = 1* (15) Következtetések 1. A kör alakú szeleplemez párolgáscsökkentő hatásának kialakulására vonatkozólag mindenekelőtt meg kell állapítani, hogy a csökkentő hatás a szeleplemez elhelyezése után mindjárt nem lép fel. A szeleplemez és vízfelszín közötti henger alakú térben lejátszódó „páradúsulási" folyamathoz, azaz a páramolekulák tározódásához, egy bizonyos időre van szükség. Ez a tározódáshoz szükséges „feltöltődési idő" a henger alakú légtér nagyságától, vagyis a párolgáscsökkentő szerkezet méreteitől függ. 2. A tározódás folyamata nem egyenletes a tározódáshoz szükséges időintervallumon belül. Kezdetben nagyobb a tározódás intenzitása s a hengeren belüli nyomásgradiens csökkenésével ez az intenzitás fokozatosan csökken addig, amíg a végleges állapotnak megfelelő párolgáscsökkenés be nem áll. 3. Mialatt a hengeres légtéren belül a „páradúsulási" folyamat végbemegy, vagyis a páramolekulák tározódása közben, a hengeres légtérre vonatkozólag a kontinuitás elve nem áll fenn. A tározódás befejeztével azonban a kontinuitás újra érvénybe lép. 4. A kör alakú szeleplemezzel a víz szintje felé közeledve az áramvonalak hosszváltozása révén növekszik a páranyomás gradiens, ami természetesen a víz felszínéről történő páramolekulák áramlásának növekedésével jár. Az ugyanakkor bekövetkező keresztmetszetszűkülés pedig nagymértékben hat az eltávozható p^ramolekulák számának csökkenésére. Tudjuk, hogy a belépő és kilépő páramolekula mennyiségek különbsége kénytelen tározódni. Ebből az következik, hogy a tározódást a keresztmetszet szűkülés és az áramvonalak hosszváltozása együttesen idézi elő. IRODALOM 1. Thoma F.: Párolgástani modellkísérletek. Hidrológiai Tájékoztató, 1967. November, 33—41. 2. Thoma F.: Model Tests with Thin Sheets to Reduce Evaporation. Journal of the lrrigation and Drainage Division. ASCE, Vol. 93, No. IR 2, Proc. Paper, June 1973. 117—131. 3. Berendezés folyadékfelület párolgásának csökkentésére. (Szolgálati találmány. (No. 155.512, Országos Találmányi Hivatal, Budapest, 1969. 4. Abdeckung für grosse Wasserflachen. Patentschrift Nr. 284019, Wien. 1970. 5. Apparatus for Reducing Evaporation from a Liquid Surface. No. 1,229.852, The Patent Office, London, England. 1971. 24