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
2011.11.25
és a BME ÉMK Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék többi munkatársa
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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
2011.11.25
• Fő szakaszai: – Közeltéri – Távoltéri • Meleg felszíni réteg
• A medergeometria meghatározó hatású • Főbb problémák: – Csapdák • nagy tartózkodási idő • rossz keveredés
– Parthoz vagy megerfenékhez „ragadás”
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
5
Felszín alatti bevezetés szétterülés zf zsz
• Szabadsugár-jellegű • Szakaszai: – tehetetlen – felúszó (jobban kever!)
ZEF
felúszó
– félempirikus, csak 10%-os hiba!
tehetetlen
LM
• Richardson-szám • Időátlagolt áramlásra: 1D szabadsugár-integrál-modell
7LQ
ZEF
z=0
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
6
Felszín alatti bevezetés vízszintesen a fősodorba felszínre bukás 14
1
12
0.9 0.8
10
ZEF 0 0.
ZFE
0.1
2 3 00..4
0.2
0
3
0.6 0.5
0.
0. 0. 03 05
4
04
0 0.
0.4 2
0.3 palást középvonal felszín folyómeder
bevezetés -2 -4 -10
0
0.7
szétterülési zóna
4
6
2
0. 0
z [m]
8
0 0.
10
20
30
40
50
0.2 0.1 60
0
x [m]
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
7
Távoltéri modellezés
• Függőleges elkeveredés • Vízszintes diszperzió • Mélységátlagolt 2D numerikus modellezés
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
8
Mellékfolyó, oldalcsatorna beömlése
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
9
Időben változó szennyezőbeeresztés
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
10
Üzemállapot-változás
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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 2011.11.25
13 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
13
Részecskekövető terepi mérések
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
14
Laboratóriumi részecskekövetés
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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
2011.11.25
HMP45C léghőmérséklet és relatív nedvességtartalom mérésére
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
18
Meteorológiai hatások vizsgálata: szél hajtotta áramlások mérése
107 hőmérsékletszenzor
CS512 oldottoxigén-mérő
2011.11.25
PDCR1830 nyomásmérő
CS547A vezetőképességmérő
OBS-3+ zavarosságmérő
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
19
Szilágyi József, Kovács Ákos: Területi párolgás térképezése MODIS adatok segítségével
Átlagos (2000-2009) évi párolgás
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
20
Tehetséggondozás tudományos diákköri kutatás keretében Városi belterületek árvízi veszélytérképezését megalapozó 2D elöntésmodellezés módszertani kérdései
Vízmélység eloszlása részletes, de költséges diszkretizációval
2011.11.25
A belterületet folytonos közegként modellezve
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
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.
2011.11.25
Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért
22
