Környezetvédelmi számítások környezetvédőknek

Az előadások a következő témára: "Környezetvédelmi számítások környezetvédőknek"— Előadás másolata:

1 Környezetvédelmi számítások környezetvédőknek
Méretezési számítások 2.

2 Méretezési számítások – tartalom
4. Hidrológiai számítások Hidrosztatika, hidrodinamika Gravitációs áramlás 5. Nyomás alatti vízmozgás Műtárgyak méretezése

3 Tartalom Bernoulli egyenlet, edényből kifolyás számítása
Veszteségek:  csősúrlódási tényező,  helyi veszteség Vízhozam, veszteség számítása egyenes, elágazó és körvezetékek esetében Bukó, zsilip, áteresz, bújtató méretezése Vízhozam számítása különböző alakú mérőbukók esetében Műtárgyak által okozott duzzasztás számítása

4 Az 5/13. K környezetvédelmi számítások órái
Cs Gravitációs áramlás 2. (cső) Hf6 Ellenőrző kérdések (internet) P Gyakorlás Hf7 Cs 4. témazáró dolgozat Hf8 Új tananyag: nyomás alatti vízmozgás Bernoulli-egyenlet Cs Csősúrlódási tényező, helyi veszteség Vízhozam, veszteség számítása Hf9 Cs Elágazó és körvezetékek Cs Bukó, zsilip, áteresz, bújtató Hf10 Cs Műtárgyak duzzasztása Cs 5. témazáró dolgozat Cs Osztályzatok lezárása Cs Írásbeli vizsgafeladatok megoldása

5 A 2/14. H környezetvédelmi számítások órái
H Gravitációs áramlás 2. (cső) Hf7 Ellenőrző kérdések (internet) H Gyakorlás Hf8 H 4. témazáró dolgozat Új tananyag: nyomás alatti vízmozgás Bernoulli-egyenlet H Csősúrlódási tényező, helyi veszteség Vízhozam, veszteség számítása Hf9 H Elágazó és körvezetékek H Bukó, zsilip, áteresz, bújtató Hf10 Műtárgyak duzzasztása H 5. témazáró dolgozat H Osztályzatok lezárása H Írásbeli vizsgafeladatok megoldása

6 Folyadékok energia egyenletei
Ideális folyadék (súrlódás 0) esetén A két pont között az egységnyi súlyú folyadék összes energia-tartalma azonos. Ennek összetevői: – helyzeti = potenciális, – nyomási és – mozgási = kinetikai energia.  E = állandó Eh + Eny + Em = állandó G = m·g súlyú folyadékra: m·g·h + p·V + ½·m·v2 (h helyett z is lehet) helyzeti, nyomási, mozgási

7 Bernoulli-egyenlet Egységnyi súlyú folyadékra (osztva m·g-vel):
Két különböző állapotra felírva: Ez a Bernoulli-egyenlet, a hidrodinamika energia-meg-maradási egyenlete ideális (súrlódásmentes) áramlásra. A valóságban persze van súrlódás, energia-veszteség is.

8 A sebességmagasság fizikai értelmezése

9 Vízesés számolás Mekkora függőleges sebességgel érkezik a víz a 8 m magas vízesés aljára?

10 Danaida számolás Qv = 0,1m3/min h = ? [m]

11 Szökőkút számolás Egy szökőkút vize egy p1 = 5·105 Pa nyomású tartályból jön, a légnyomás p2 = 105 Pa a) v = ? [m/s] b) h = ? [m]

12 Veszteséges vízmozgás
Valódi folyadékoknál a folyadék részecskék a súrlódási erők is hatnak. A hidraulikailag vissza nem nyerhető energiát energia-veszteségnek nevezzük: ahol hv a veszteségmagasság.

13 Energia-veszteségek Az energia-veszteség két részből áll:
hv = hvS + hvH – hvS Hosszmenti súrlódási veszteség: ahol  a csővezeték ellenállási tényezője, ℓ a cső hossza, d az átmérője a sebességmagasság. – hvH Helyi veszteség

14 Csővezeték ellenállási tényező
A csővezeték ellenállási tényezője meghatározható számítással, vagy táblázat-ból kiolvasható. Lamináris áramlás esetén csak a Re számtól függ: Turbulens áramlás esetén tapasztalati ellenállási tényezőket használunk (ld. táblázat) csőfajta Ellenállási tényező,  Hegesztett acélcső, új 0,017..0,018 Hegesztett acélcső, használt 0,020..0,026 Betoncső, új 0,013..0,015 Betoncső használt 0,014..0,018 Azbesztcement cső, használt 0,012..0,014

15 ℓ = 1000 m d = 200 mm  = 0,02 h1 = 165 m h2 = 105 m Mennyi vizet képes szállítani a csővezeték? 60 m = v22·(1 + 0,02·1000/0,2)/20 60 m = v22·( )/20 60 m = 5,05·v22 v22 = 11,88 m2/s2 v2 = 3,447 m/s A = d2· = 0,0314 m2 Q = v·A = 3,447 m·0,0314 m2 = 0,108 m3/s = 108 ℓ/s

16 Számítsuk ki az előbbi feladatra a vízhozamot, ha a kifolyás helyén a szükséges nyomás p2 = 0,1 MPa = 1 bar 50 m = v22·(1 + 0,02·1000/0,2)/20 50 m = v22·( )/20 50 m = 5,05·v22 v22 = 9,90 m2/s2 v2 = 3,147 m/s A = d2· = 0,0314 m2 Q = v·A = 3,147 m·0,0314 m2 = 0,0988 m3/s ≈ 99 ℓ/s

17 ℓ = 2000 m d = 100 mm  = 0,02 h1 = 405 m h2 = 320 m Mennyi vizet képes szállítani a csővezeték? 85 m = v22·(1 + 0,02·2000/0,1)/20 85 m = v22·( )/20 85 m = 20,05·v22 v22 = 4,24 m2/s2 v2 = 2,06 m/s A = d2· = 0,00785 m2 Q = v·A = 2,06 m·0,00785 m2 = 0,016 m3/s = 16 ℓ/s

18 Számítsuk ki az előbbi feladatra a vízhozamot, ha a kifolyás helyén a szükséges nyomás p2 = 0,1 MPa = 1 bar 75 m = v22·(1 + 0,02·2000/0,1)/20 75 m = v22·( )/20 75 m = 20,05·v22 v22 = 3,74 m2/s2 v2 = 1,93 m/s A = d2· = 0,00785 m2 Q = v·A = 1,93 m/s·0,00785 m2 = 0,015 m3/s = 15 ℓ/s

19 Helyi veszteségek Az energia-veszteség két részből áll: hv = hvS + hvH
– hvS Hosszmenti súrlódási veszteség: – hvH Helyi veszteség: minden, ami nem a „sima” cső: - szűkület, - könyök, - elzárók: csap, szelep, tolózár, - sőt a csővég, azaz a be- és kiömlés is.

20 Egyenértékű csőhossz A hvH helyi veszteség átszámítható csőhosszra, méterre: Hasonlítsuk össze a két képletet! Ha egyenlővé tesszük a sebességmagasság szorzóit, a csőhossz (ℓ) kifejezhető: A kapott érték az egyenértékű csőhossz, ami azt fejezi ki, hogy az adott elem helyi vesztesége hány méternyi adott fajtájú (d, ) csőnek felel meg.

21 Szivornya vízszállítása A szivornyával vizet „emelünk” ki a
Szivornya vízszállítása A szivornyával vizet „emelünk” ki a csatornából a töltésen át. Adott területet vízzel kell elárasztani. a) Mennyi vizet emelhetünk ki időegység alatt? b) Mennyi idő alatt áraszthatjuk el a kijelölt területet? A szivornya (a csővezeték) hossza: ℓ = 8,8 m átmérője: d = 200 mm = 0,2 m A csősúrlódási együttható:  = 0,017 Az 1. és a 2. pont szintkülönbsége: Δh = h1 – h2 = 1,15 m A helyi ellenállás tényezők: be = 0,5, ki = 0,65 k = 0,14 Az elárasztandó terület: 100 ha A víz mennyisége hektáronként: 100 m3

22 v1 = v2 p1 = p2 h1 = h2 + hv Δh = h1 – h2 = hv hv = hvS + hvH

23 Danaida számolás 1. A danaidából kifolyó víz hozama:
 a vízhozamtényező. Q = 0,1 m3/min A = 10 cm2  = 0,65 h = ? [m] HEFOP Hidraulika I o.

24 Danaida számolás 2. A vízhozamot danaidával mértük, aminek kifolyó nyílása A = 3 cm2, a vízoszlop magassága h = 30 cm,  = 0,65. Mennyi a vízhozam? Q =

25 Zsiliptábla 1. A zsiliptábla alatt átfolyó víz hozama:
(mint a danaida, csak h helyett h) Számítsa ki a zsiliptábla alatt átfolyó víz hozamát (Q), ha h1 = 2 m, h2 = 1 m, a szélesség b = 2 m, a zsiliptábla e = 20 cm-re van felhúzva!  = 0,8 A = h = Q =

26 Zsiliptábla 2. A zsiliptábla alatt átfolyó víz hozama:
(mint a danaida, csak h helyett h) Számítsa ki, mennyire kell felhúzni a zsiliptáblát, hogy az alatta átfolyó víz hozama (Q) 2 m3/s legyen! h1 = 2 m, h2 = 1 m, a szélesség b = 2 m,  = 0,8 h = Q = A = e =

27 Bukógátak Főbb alkalmazási területeik: duzzasztás, árapasztás,
vízhozam-mérés Alak: háromszög (Thomson), téglalap (Bazin) trapéz (Cipoletti), parabolikus, körszelvényű, lineáris