VÍZÉPÍTÉS ALAPJAI Dr. Csoma Rózsa egy. doc. BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék ww.vit.bme.hu Kmf. 16 T:463-2249 csoma@vit.bme.hu Vízgazdálkodás: akkor ott annyi olyan víz legyen amikor ahol amennyi amilyen szükséges akkor : 2013. jún. árvíz 2013. aug.: aszály ott : Alföldön aszály balatoni vízeresztés annyi : balatoni vízeresztés vízpótlás olyan : a Balaton iható cianid a Tiszában Célok : Vízrendezés: védelmet nyújtani embernek, víznek, környezetnek Hasznosítás: víz adta lehetőségek kiaknázása Eszköz: vízi létesítmények tervezése + építése + üzemeltetése = VÍZÉPÍTÉS 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 1
TERVEZETT TÉMAKÖRÖK I. Alapfogalmak, a víz jellemzői II. Építmények álló vízben III. IV. Építmények mozgó vízben Csapadék mennyiségének becslése V. Vízelvezetés szabad felszínű medrekben VI. A vízellátó és vízelvezető hálózat főbb jellemzői VII. Felszín alatti vizek és építmények VIII. Vízépítési nagyműtárgyak IX. Szabványok, előírások X.???? 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 2
TARTALOM I. Alapfogalmak, a víz jellemzői Fajsúly, sűrűség, rugalmassági modulus Viszkozitás Halmazállapot-váltások II. Építmények álló vízben A hidrosztatikai nyomás fogalma Nyomáseloszlás sík és görbe felületekre A nyomóerő meghatározása Felhajtóerő, úszás III. Építmények mozgó vízben Főbb mozgásjellemzők Hidrodinamikai nyomás 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 3
Sűrűség () - fajsúly (g) A víz jellemzői 1. sűrűség =1000 kg/m 3 (p 0 ~10 5 Pa, 4 C) g = 9.81 m/s 2 = 9.81 N/kg függ: nyomástól, hőmérséklettől g 10000 N/m 3 = 10 kn/m 3 Rugalmassági modulus: E ~2 10 9 N/m 2 (E acél ~2 10 11 N/m 2 ) nyomásváltozás terjedése = hang terjedése w~1415 m/s Hőtágulási együttható m ; V d g mg V 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 4 w p, T 1 T p p 1 p T G V 1 dp p 1 E 1 T g 1 dt T E
A víz jellemzői 2. mozgás Viszkozitás (nyúlósság): nyírófeszültség folyadékban meghatározza, hogyan folyik t : nyíró/csúsztató feszültség: t h : indításhoz szüks. feszültség, k : konzisztencia tény. n : folyási index } t t víz: newtoni, t h = 0, n = 1, k = h anyagjellemzők h, Pa s : dinamikai viszkozitás 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 5 h dv k dn n
A víz jellemzői 3. halmazállapotok Telítettségi gőznyomás: a halmazállapot-váltás határa hőmérséklettől +nyomástól függ 100 C fölött : kukta 100 C alatt : kavitáció T, C p g, kn/m 2 0 0.610 4 0.812 10 1.227 20 2.336 40 7.375 60 19.917 80 47.356 100 101.322 110 143.265 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 6
A víz jellemzői 3. 1000.00 999.75 999.50 999.25 999.00 Jégjelenségek: statikus jégképződés: tavak, csendesebb vízfolyások, kg/m 3 T, o C 0 2 4 6 8 10 12 14 felszínről hűl, kisebb sűrűség miatt hideg víz a felszínre törekszik kristályképződés, kristályosodási gócok felszíni jég vastagszik, míg alatta a víz hűlni tud, utána szigetel dinamikus jégképződés: először partközeli sekélyebb, lassabb részen: parti jég (stat.) mozgó víz átkeveredik, egyenletes hőmérsékletű teljes szelvényben egyszerre : hosszú fagyos idő felszíni jég lebegő jég, fenékjég: együtt kásajég, gomolyagba összeállva felemelkedik, felszínen víz továbbviszi jég sűrűség: ρ 920 kg/m 3 hozzáfagy, tágul, felcsúszik 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 7
Jégjelenségek k é z s s é n z a p T é i t K e i z k e nö k r r e é z s m ó k t r a a z T ss s é ció i n k a u t r g t á s s on d r k á l e i r z ets z E e k M r B sze ó t r Ta 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 8
Hidrosztatikai alapok: 1. a víznyomás Nyomás: nyomóerő egységnyi felületen (skalár) tulajdonságai: iránytól független pl. p fenék = p oldal változás térben és időben gyengítetlenül terjed: hidr. sajtó, fék, stb. mélységgel lineárisan nő: p = p 0 + hg p : abszolút nyomás p 0 : légköri nyomás, hg >: túlnyomás, hg <: alulnyomás = szívás h=p túl /g : nyomásmagasság több (i), nem keveredő folyadék: p p f h i g i i p f : felszíni nyomás p fenék p oldal 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 9
Hidrosztatikai alapok: 2. a nyomáseloszlás Nyomáseloszlás (p) helyett nyomásmagasság-eloszlás (p/g, azaz felszín alatti mélység határoló felületen: merőleges sarkokban változatlan mélységgel lineárisan növekszik vízszintes síkon állandó h 1 p 1 = h 1 g = 2,2 10 = 22 kn/m 2 h 1 =8,9-6,7=2,2 m h 2 =8,9-2,6=6,3 m p 2 = h 2 g = 6,3 10= 63 kn/m 2 h 1 h 2 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 10
Hidrosztatikai alapok: 3. a nyomóerő Nyomóerő állandó szélességű, sík, egy oldalán terhelt nyomott felületre nagysága: nyomáseloszlás ábra területe alapján hatásvonala a nyomott felületre merőleges a nyomáseloszlás (terhelési test) súly pontján át 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 11
Hidrosztatikai alapok: 4. nyomóerő B = 100 m-en 1. függőleges: F 1 = h 12 /2 B g= 2,2 2 /2 100 10= 2420 kn x 1 =h 1 /3 = 2,2/3 =0,73 m 2. vízszintes: F 2 = h 1 L B g= 2,2 26,6 100 10= 58 520 kn x 2 =L/2 = 26,6/2 =13,3 m 3. Ferde : F 3 = (h 1 +h 2 )/2 a B g= (2,2+6,3)/2 4,2 100 10= 17 850 kn x 3 =trapéz súlypont= 1,76 m h 1 F 1 x 1 x 2 L = 26,6 m h 1 =8,9-6,7=2,2 m F 3 a = 4,2 m h 2 =8,9-2,6=6,3 m h 1 F 3 x 3 h 2 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 12
Hidrosztatikai alapok: 5. a nyomóerő Nyomóerő egyéb felületekre 1. sík felületek két oldalon terhelt: szuperpozíció változó szélességű nyomott felület: erő: terhelési test térfogata hatásvonal: terhelési test súly pontján át 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 13
Hidrosztatikai alapok: 6. a nyomóerő Nyomóerő egyéb felületekre 2. görbe, állandó szélességű nyomott felületek: komponens nyomásmagasság-eloszlás vízszintes: a függőleges vetületre függőleges: a fölötte levő víz erő, hatásvonal: mint előbb görbe felületre: Csak komponens! H V 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 14
Hidrosztatikai alapok 2. felhajtóerő, egyensúly Folyadékba merült testre ható nyomáseloszlás + nyomóerő: F f =V ki g, vízalatti súlypontban (D) ha F f < G, a test lemerül a fenékre ha F f = G, a test lebeg ha homogén, súlypont (S) = vízkiszorítási kp. (D) bármely helyzetben lebeg közömbös egyensúly ha S alul, D felül: stabil egyensúly ha S felül, D alul: labilis egyensúly ha F f > G, a test felúszik a felszínre talajvízben is!!!! Ff V ki g 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 15
Mozgásjellemzők 1. sebesség (v): egy pontban (vektor) sebességeloszlás: szelvény (cső, meder) mentén áramvonal : érintője minden pontban a sebességvektor, áramcső: áramvonalak határolják (pl. meder, cső,..) 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 16
Áramvonal tulajdonságai tulajdonságai: áramvonalon keresztül áramlás nincs; mivel az áramvonal egy pontjában csak egy sebesség lehet, így nem metszhetik egymást, hirtelen irányváltozása nem lehetséges, nem ágazhatnak el és nem csatlakozhatnak egymáshoz; ha mégis, akkor sebesség 0, + vagy -. 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 17
Mozgásjellemzők áramlási szelvény (A): merőleges az áramvonalakra, normálisa a sebességgel párhuzamos folyadékhozam (Q): egységnyi idő alatt A-n átlépő térfogat (V) középsebesség (v m ): egységnyi felületen átlépő Q kapcsolat a fentiek között: Q V t vda v m A 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 18
Vízmozgások térben állandó térben változó fokozatosan hirtelen időben állandó permanens, egyenletes mesterséges permanens, fokozatosan vált. műtárgyak, szerelvények időben változó nagyon ritka nempermanens, fok. vált. vízfolyások nyitási/zárási hullám nem üzemszerű fokozatosan változó: gyorsulás << nehézségi térerősség, így nyomáseloszlás hidrosztatikaival közelíthető 2013.09.12. Csoma: Vízépítés 19