FOLYAMI HŐCSÓVÁK VIZSGÁLATA Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék Szabó K. Gábor Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002)
Munkatársak, közreműködők Józsa János Krámer Tamás Szabó K. Gábor Zsugyel Márton Kiss Melinda Szilágyi József Baranya Sándor és a BME ÉMK Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék többi munkatársa 2
Környezeti hatások, Környezetvédelmi előírások Erőművi hűtővizek folyami beeresztése Algásodás, élőhelyvédelem EU-s szabályozás: hőterhelési határértékek Abszolút vízhőmérséklet Relatív hőmérséklet-emelkedés Egyedi, tudományos szintű modellezés Tervezés Engedélyezés 3
A hőcsóvák fizikája A hűtővíz kisebb sűrűségű: felhajtóerő Térben és időben változó Inherensen turbulens Üzemállapot-változások Vízjárásváltozások természetes szabályozott Meteorológiai hatások szél hullámzás hajózás Fő szakaszai: Közeltéri Távoltéri Meleg felszíni réteg A medergeometria meghatározó hatású Főbb problémák: Csapdák nagy tartózkodási idő rossz keveredés Parthoz vagy megerfenékhez ragadás 4
Közeltéri modellezés Műszaki alternatívák: a bevezetés módjai 1. Felszíni bevezetés Hagyományos, többnyire oldalcsatornás Maximum 10-szeres hígulás Mederhez, partfalhoz tapadás veszélye 2. Felszín alatti koncentrált bevezetés fúvóka 3. Felszín alatti elosztott bevezetés fúvókasor 5
Felszín alatti bevezetés z f z sz L M szétterülés ZEF felú úszó tehetetlen Szabadsugár-jellegű Szakaszai: tehetetlen felúszó (jobban kever!) Richardson-szám Időátlagolt áramlásra: 1D szabadsugár-integrál-modell félempirikus, csak 10%-os hiba! z = 0 7L Q ZEF 6
Felszín alatti bevezetés vízszintesen a fősodorba 14 12 felszínre bukás 1 0.9 z [m] 10 8 6 4 2 ZFE 0.4 0.3 ZEF 0.2 0.1 0.04 0.05 0.03 0.03 0.02 0.02 szétterülési zóna 0 palást bevezetés középvonal -2 felszín folyómeder -4-10 0 10 20 30 40 50 60 x [m] 0.04 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 7
Távoltéri modellezés Függőleges elkeveredés Vízszintes diszperzió Mélységátlagolt 2D numerikus modellezés 8
Mellékfolyó, oldalcsatorna beömlése 9
Időben változó szennyezőbeeresztés 10
Üzemállapot-változás 11
Keveredés modellezése Euler-i: Milyen az áramlási mező? Lagrange-i: Hogyan mozognak a folyadékrészek? 2011.11.25 12
Eredmények, tapasztalatok A környezeti hatás szempontjából kritikus helyek azonosítása a távoltéri szakaszon Az oldalcsatornás ipari hűtővíz-bevezetés és a természetes folyó-torkolatoknál kialakuló keveredési jelenségek hidraulikailag azonos jellegű megközelítést igényelnek A szabadsugárintegrál-modell numerikus adaptálása Elérhető, hogy már a hőcsóva közel-téri szakaszán a környezeti határértékek alá kerüljünk, és így a távoltéri szakasz hatásvizsgálata szükségtelenné válik 2011-11-11 11:11:11 13 13
Részecskekövető terepi mérések 14
Laboratóriumi részecskekövetés 15
Numerikus részecskekövetés Transzportfolyamatok térbeli struktúraelemzése Kaotikus advekció időben változó, nempermanens 3D áramlási mezőkben. Széllel periodikusan gerjesztett sekély tóban a kezdeti részecskepozíciók színezése aszerint, hogy a négy part közül melyikre érkeznek először 16
A határréteg-mechanizmus vizsgálata nyíltvízi és nádas vízi jellegzónák között A kutatást végzi: Kiss Melinda, Dr. Józsa János A kutatás célja: A kölcsönhatás mechanizmusának vizsgálata a part menti nádas öv és nyílt víztest között A jellegzónák közötti vízcsere okainak és okozatainak feltárása Okok: szél és vízáramlatok átkeverő hatása Hatás: a zavarosság és oldott oxigén változása Az energiaegyensúly meghatározása örvénykovariancia-mérésekkel Az evaporáció és transpiráció arányának meghatározása A logaritmikus szélprofil kimérése 17
Meteorológiai hatások vizsgálata: szél hajtotta áramlások mérése Mérőeszközök: CSAT3 3D anemométer a szélsebesség és szélirány meghatározására EC150 gázanalizátor (CO2 és vízgőz mérésére) Örvénykovariancia-rendszer HMP45C léghőmérséklet és relatív nedvességtartalom mérésére 18
Meteorológiai hatások vizsgálata: szél hajtotta áramlások mérése 107 hőmérsékletszenzor PDCR1830 nyomásmérő CS547A vezetőképességmérő CS512 oldottoxigén-mérő OBS-3+ zavarosságmérő 19
Szilágyi József, Kovács Ákos: Területi párolgás térképezése MODIS adatok segítségével Átlagos (2000-2009) évi párolgás 20
Tehetséggondozás tudományos diákköri kutatás keretében Városi belterületek árvízi veszélytérképezését megalapozó 2D elöntésmodellezés módszertani kérdései Vízmélység eloszlása részletes, de költséges diszkretizációval A belterületet folytonos közegként modellezve 21
Köszönetnyilvánítás A munka szakmai tartalma kapcsolódik a "Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen" c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az Új Széchenyi Terv TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja. 22