1 / 19

Transzportfolyamatok II 2. előadás

Transzportfolyamatok II 2. előadás. Karches Tamás BME- Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék. ÁLTALÁNOS TRANSZPORTEGYENLET. Szennyezőanyag sorsa a felszíni vizekben Szűk értelmezés: csak a fizikai folyamatok (víz szerepe)

blanca
Download Presentation

Transzportfolyamatok II 2. előadás

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Transzportfolyamatok II2. előadás Karches Tamás BME- Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

  2. ÁLTALÁNOS TRANSZPORTEGYENLET Szennyezőanyag sorsa a felszíni vizekben Szűk értelmezés: csak a fizikai folyamatok (víz szerepe) Tág értelmezés: kémiai, biokémiai, fiziko-kémiai folyamatok is szerepelnek • Elsődleges célok: • Vízminőségi változások számítása az emisszió hatására (növekedés, csökkenés, határérték) • Keveredés térbeli léptéke (térbeli különbözőségek, a partok elérése, teljes elkeveredés) • Szennyvízbevezetések tervezése (sodorvonal, part, partközel vagy diffúzor-sor) • Havária - események modellezése (szennyezőanyag-hullámok vagy időben változó emissziók hatásainakszámítása, early warning - előrejelzés)

  3. ISMERETLENEK ÉS EGYENLETEK (1) • Sebesség (3 komponens – vx, vy, vz) - mozgásegyenlet • Nyomás vagy vízmélység (p, h) - kontinuitás • Koncentráció (c) – transzportegyenlet (konzervatív anyag?) • Sűrüség: ρ(c) – empirikus kapcsolat • Elvileg 6 szimultán egyenletet kell megoldani! • Gyakorlat: ρ≠ρ(c) • 1. + 2. megoldása: áramlástan

  4. ISMERETLENEK ÉS EGYENLETEK (2) • 3. megoldása: transzport • „Near field” és „far field” szétválasztása (utóbbit a sebességkülönbségek eltűnése jellemzi) • A sebességtér és a nyomás számításból, becslésből vagy mérésből nyerhető • A turbulens diffúzió tényezője ismeretlen: empíria, mérések, „inverz” feladat • Geometria és a perem származtatása fontos • Perem- és kezdeti feltételek

  5. v KONVEKCIÓ DIFFÚZIÓ ÁLTALÁNOS TRANSZPORTEGYENLET • Alkalmazási feltételek: • A szennyezőanyag bevezetés az alapáramláshoz viszonyítva nem idéz elő számottevő sebességkülönbséget, • A szennyezőanyag és a befogadó sűrűségkülönbsége kicsi, • Konzervatív anyag

  6. Fick törvények I. m2/s Mikro- vagy makro viselkedés? Diffundálódó anyag megmaradása II. Kérdés: Fick I. és II. törvénye hogy néz ki 3 D-ben? http://www.matter.org.uk/matscicdrom/manual/images/image70.gif

  7. megváltozás ANYAGMÉRLEG dz BE: konv +diff KI: konv + diff dy dx x irány BE KI konvekció vx c dy dz diffúzió Megváltozás:

  8. Konvekció Diffúzió Anyagmérleg-egyenlet (konvekció-diffúzió 1D) Konvekció: az áramlási sebességtől függően az eltérő koncentráció értékkel jellemzett részecskék egymáshoz viszonyítva különböző mértékben mozdulnak el. Diffúzió: a szomszédos vízrészecskék egymással való (lassú) elkeveredése, koncentráció kiegyenlítődéshez vezet.

  9. Transzportegyenlet

  10. Turbulencia - Nagy Re számoknál jelentkezik - Keveredést okoz - Lehatárolható - Tranziens • Disszipatív • Kontinuum jelenség • -3D jelenség • -történelme van http://www.elrincondejavier.net/html/images/articulos/turbulencia.jpg

  11. Kolmogorov spektrum ENERGIAKASZKÁD Turbulens áramlások leírásához két további egyenlet szükséges: a turbulens kinetikus energiára (k) és a turbulens energia disszipációjára (e) http://sv.wikipedia.org/wiki/Turbulens

  12. 0 ? 0 TRANSZPORT • KONVEKCIÓ : vc [ kg/m2s ] • HOGYAN ALAKUL TURBULENS ÁRAMLÁSBAN?

  13. v turbulens diffúzió (“felhő”) molekuláris diffúzió TURBULENS DIFFÚZIÓ Dtx, Dty, Dtz>> D

  14. 3D transzport egyenlet turbulens áramlásban: Dx = D + Dtx, Dy = D + Dty, Dz = D + Dtz • Sebességek kiemelése - kontinuitás • Konvekció: átlagsebesség (T) • Turbulens diffúzió • - Sebesség véletlenszerű ingadozásai (pulzációk) • - Matematikailag diffúziós folyamatként kezelendő • - Hely- és irányfüggő (nem homogén és anizotróp) • - Turbulenciakutatás és empirikus összefüggések

  15. v DISZPERZIÓ A térbeli egynlőtlenségekből adódó konvektív transzport (az átlaghoz képest előresiető, visszamaradó részecskék) • Dx* = D + Dtx + Ddx (levezetése?) • - Csak 2D és 1D egyenletekben létezik (argumentum: pl. (hvxc)) • - Diszperziós tényező: a sebességtér függvénye • - Víz és légkör (kanyarok, esés, stabilitás, inverzió stb.) • - Minél nagyobb az átlagolandó felület, annál nagyobb az értéke • - 2D eset: Dx*, Dy* >> Dx • - 1D eset: Dx** >> Dx* • - Lamináris áramlásban is létezik!

  16. 2D transzport egyenlet turbulens áramlásban (C H menti átlag): - Dx*, Dy* 2D egyenlet turbulens diszperziós tényezői (Taylor) - Mélység mentén vett átlag (H) 1D transzport egyenlet turbulens áramlásban ( A menti átlag): - Dx** 1D egyenlet turbulens diszperziós tényezője - Keresztszelvény területre vonatkoztatott átlag (A)

  17. Hosszir. diszperzió (1D) Hosszir. diszperzió (2D) Keresztir. diszperzió (2D) Vízsz. ir. turbulens diff. Tavak Függ. ir. turbulens diff. Mély réteg Felszíni réteg Molek. diff. pórusvíz 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 cm2/s NAGYSÁGRENDEK

  18. Diszperziós tényezők becslése (empíriák) • Keresztirányú diszperziós tényező (Fischer): • Dy*= dy u*R (m2/s) • dy– dimenzió nélküli konstans, • egyenes, szabályos csatorna dy 0.15, • enyhén kanyargós meder dy  0.2 – 0.6 • kanyargós, tagolt meder dy > 0.6 (1-2) • u* - fenékcsúsztató sebesség, u* = (gRI)0.5 • R – hidraulikai sugár (terület/kerület); I esés (-) Hosszirányú diszperziós tényező: dx 6

  19. A turbulens diffúziós tényező a konvektív transzportból következik, de alakja miatt könnyen összetéveszthető a diffúzió folyamatával!!!

More Related