Hidrológiai tájékoztató, 1994
2. szám, október - ÁLTALÁNOS VONATKOZÁSÚ CIKKEK - Dr. Thoma Frigyes: A párolgáscsökkentő szeleplemez alatti légtér páradúsulásához szükséges feltöltődési idő közelítő meghatározása
A párolgáscsökkentő szeleplemez alatti légtér páradúsulásához szükséges feltöltődési idő közelítő meghatározása DR. THOMA FRIGYES Bevezetés A Hidrológiai Tájékoztató 1980. áprilisi számában a körlemez alatti vízfelület párolgáscsökkenésének fizikai folyamatát [1] mutattuk be. Ennek a tanulmánynak a végén felsorolt következtetések 1. pontjában rámutattunk arra, hogy a párolgáscsökkentő hatás, - vagyis a páramolekulák áramlásában beálló, bizonyos előre meghatározott csökkenés - a szelephez (vékony körlemez) elhelyezése után mindjárt nem lép fel. A végleges állapotnak megfelelő csökkentő hatás beálltáig, a körlemez és a vízfelszín közötti hengeres légtérben lejátszódó „páradúsulási folyamat" alatt a víz felszínéről kilépő páramolekulák egy bizonyos része a hengeres légtérben tározódik, amihez bizonyos időre van szükség. E tározódáshoz szükséges „feltöltődési idő" elsősorban a hengeres légtér nagyságától, mégpedig a henger magasságától függ. Ezenkívül, közvetve a külső légtér párakoncentrációja, hőmérséklete és a párolgáscsökkentés kívánt mértéke is hatással van. Jelen tanulmány célja a fent említett összefüggéseknek a megállapítása, és a feltöltődési idő számszerű, közelítő meghatározására szolgáló módszer bemutatása. A feladat elemzése Mivel a gyakorlatban használatos szeleplemez és a párolgó vízfelszín közötti légtér oldalirányban részben nyitott és részben zárt légtér-részekből áll (lásd pl. a [2] tanulmány 3. ábráján az A-A metszetet), az analízist két lépésben - két ún. „alapesetre" - végezzük el. Vizsgálataink általánosítás céljából kör alakú szeleplemezre vonatkoznak, éspedig az alábbi esetekre: I. alapeset. Felül zárt henger-felület, amelynek „h[" magasságú palástja érinti a párolgó vízfelületet. Jelölések. Elméleti jelölések: dn A" dn dx dn dx dt AP 0; APJ Ismert adatok: t. P. " PD Keresett ismeretlen: T t a párolgó víz feletti határréteg páranyomása (31,82 mm Hg; telített páranyomás) a hengeren belüli levegő elérendő „dúsított páranyomás" nagysága egy T l idő múlva (27,00 mm Hg) a feltöltődési idő (sec). a diffúzió révén átáramló elemi párarészek mennyisége az áramló párafolyam egységnyi keresztmetszeti területe a dx hosszon lejátszódó, mozgó párarészek mennyiségi változása a dx hosszon lejátszódó, mozgó párarészek átlagos mennyiségi változása a pára áramlásának időtartama párakoncentráció különbségek a párolgó vízfelület hőmérséklete (30 °C) tj — a hengeren belüli és kívüli levegő hőmérséklete (30 °C) d - a henger átmérője (10 cm) A-a henger alapjának keresztmetszete (d 2xji = 10 2x3,14 = 314,0 cm 2) h, — a henger magassága (4 cm) h 2 - a henger alsó élének a vízfelszín feletti magassága (I. alapesetnél 0 cm) F — a „h 2" magasságú henger palástjának felülete (I. alapesetnél 0 cm 2) p 0 - a levegő páranyomása (8,28 mm Hg) 1. ábra. A felül zárt hengerben és a vele érintkező határrétegben lévő páranyomás nagysága a feltöltődés előtt és után Az 1. ábrán látható hengeres térfogatban a t = 0 időpontban a páranyomás „p 0", ugyanakkor a párolgó víz feletti határrétegben a páranyomás „p,". Ahhoz, hogy a hengerben a páranyomás a megkívánt „p d" dúsított értéket elérje, - a takaró lemez eltávolítása után - a vízfelületről „N l" mennyiségű párának kell átáramolnia a hengeres térfogatba. Könnyű belátni, hogy a szükséges páramennyiség nagysága N L = Axh, (pj-po) (1) s a henger feltöltődéséhez „T," idő szükséges. A feltöltődési időtartam alatt a párolgó víz feletti határréteg és a feltöltődésre kerülő tér érintkező síkjában (a hatásfelületen) a párakoncentráció különbséget, illetve annak idő szerinti változását egyenletesnek tételezhetjük fel. így a feltöltődéskor, annak kezdetekor a párakoncentráció különbség nagysága APo = P.-Po (2) s a feltöltődés végére ugyanott a párakoncentráció különbség értéke APd = P-Pd (3) mértékre csökken. E szerint a feltöltődés végére t = T t idő elteltével Ap d(Ap 0 állapot lép fel. Az I. alapeset tehát egy olyan termodinamikai állapotváltozás, amelynek során a hőmérséklet állandó marad. (30 °C). Esetünkben tehát egy izotermikus folyamatról van szó, amidőn t, = t 1 = = constans. A határfelület (érintkező sík) mentén a fentieknek megfelelően a párakoncentráció időbeli változása trapéz alakú (lásd 2. ábrát) s lineárisan változik (A henger „h," magassága mentén kialakuló páranyomás-változás egyes fázisaira nézve lásd a korábbi 20
