Környezettechnika ill. Környezettechnika-menedzsment modul, 4. évfolyam Alkalmazott áramlástan mérési és számítási feladat Áramlástan Tanszék
Név: Sorszám:
Szivárgás elméleti és kísérleti vizsgálata
1. Kísérleti vizsgálat
Az Áramlástan Tanszéken felállított készülékkel vizsgálható a talajban, töltetes rétegekben, stb. a szivárgás jelensége, meghatározható a szivárgás sebessége és a szivárgási tényezõ. A készülék kapcsolási vázlatát a mellékelt ábra mutatja, melyen feltüntettük a számításhoz szükséges jellemzõket is. Darcy kimutatta, hogy a teljes keresztmetszetre (az üres keresztmetszetre) vonatkoztatott áramlási (szivárgási) sebesség a következõ összefüggéssel adható meg: ahol k a réteg szivárgási együtthatója, l a töltött réteg hossza és *p a túlnyomás. A földtanban a túlnyomást vízoszlop magasságban fejezik ki, így a szivárgási sebességet a következõ formában adják meg: A laboratóriumi berendezéssel az adott paraméterekre (töltettípus, töltetmagasság, betét) határozza meg a szivárgási sebességet és a k ill. k* szivárgási tényezõket a betét alkalmazásával, majd a betét eltávolításával. Az átáramlott folyadék térfogatát köbözéssel mérje, mellyel a szivárgási sebesség: ahol V a t idõintervallum alatt átáramlott folyadék térfogat és F az áramlás keresztmetszete. A betét alkalmazása esetén a közepes átáramlott keresztmetszetet alkalmazza. A betétes mérésnél festékanyag befecskendezésével határozza meg az áramlási sebesség nagyságát és irányát a mérõtér egy adott helyén, majd ezt hasonlítsa össze a számítással meghatározott értékkel.
2. Elméleti vizsgálat A Darcy összefüggés vektoriális alakban is megadható, mely: minthogy: ezért írható, hogy
Készítsen számítógépi programot ezen egyenlet megoldására, s számítsa ki a mérési térre a nyomásmegoszlást a betét alkalmazásával. Ehhez a vízszintes peremeken ismeri a nyomás értékeket, a függõleges és a ferde határoló felületen az áramlási sebesség zérus, tehát a nyomásgradiens is zérus. A nyomásmegoszlás ismeretében határozza meg a szivárgási sebességet abban a pontban, ahol a festékanyag befecskendezésével méréssel is meghatározta. Ehhez használja a méréssel meghatározott k szivárgási tényezõt.
3. Jegyzõkönyv készítés Mérési jegyzõkönyvben foglalja össze a elvégzett munkát a következõk szerint:
- írja le a kísérlet menetét, adjon szabadkézi vázlatot a készülékrõl;
- ismertesse az elméleti számítás lényegét és a számítógépi program felépítését;
- foglalja össze a mért és a számított értékeket és értékelje azokat.
Mellékelten összefoglaltuk a 17 különféle mérés paramétereit, melyeket sorszámának megfelelõen a táblázatból kiválaszthat. Ezeket a geometriai jellemzõket alkalmazza a számításhoz!
Sorszám töltet h2 [cm] h3 [cm] 1 szûrõhomok 30 4 2 finom homok 30 4 3 homok-kavicskeverék 30 4 4 szûrõhomok 30 8 5 finom homok 30 8 6 homok-kavicskeverék 30 8 7 szûrõhomok 30 12 8 finom homok 30 12 9 homok-kavicskeverék 30 12 10 szûrõhomok 40 4 11 finom homok 40 4 12 homok-kavicskeverék 40 4 13 szûrõhomok 40 8 14 finom homok 40 8 15 homok-kavicskeverék 40 8 16 szûrõhomok 40 12 17 finom homok 40 12