Wiadomości z kategorii ""

Nazwa instytucji:

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Osoba do kontaktu:

Adam Krupiński, dr inż.
krupina@zut.edu.pl
091 449 48 49

Tytuł eksperymentu:

Badania transportu rumowiska i pola prędkości na potrzeby modyfikacji wzorów Ackersa-White’a do określania transportu rumowiska w ruchu falowym.

Cel eksperymentu:

Planowany eksperyment ma być kolejnym elementem badań nad zagadnieniem ruchu rumowiska, prowadzonych w Katedrze Geotechniki, ZUT od ponad dwudziestu lat. We wcześniejszych badaniach najczęściej wykorzystywano zmodyfikowany i zweryfikowany do warunków lokalnych wzór Ackersa-White’a. Autorzy tej metody jako podstawowy czynnik decydujący o wielkości strumienia rumowiska przyjęli stosunek średniej prędkości przepływu do prędkości dynamicznej. Przyjmując logarytmiczny rozkład prędkości i określanie prędkości dynamicznej zgodny z formułą Prandtla oraz zastępując grubość warstwy dennej stosunkiem głębokości koryta do średnicy zastępczej materiału dennego. W planowanym eksperymencie przyjęto, iż prowadząc pomiar strumienia rumowiska przemieszczonego w wyniku falowania monochromatycznego, możliwe będzie powiązanie wyżej opisanych parametrów wiodących dla obliczeń ruchu rumowiska z parametrami ruchu falowego jak prędkość czoła fali, amplituda i długość fali w różnych warunkach głębokości średniej. Wstępna analiza możliwości takiej modyfikacji zakłada, iż porównując wyniki pomiarów strumienia rumowiska w ruchu falowym z obliczeniowymi parametrami jak dla ruchu ustalonego generującego taki sam strumień rumowiska możliwa będzie transformacja prędkości średniej i prędkości dynamicznej w ruchu ustalonym do prędkości średniej czoła fali i prędkości dynamicznej w ruchu falowym dla pojedynczej fali. Dodatkowo możliwe jest włączenie do planowanych badań i modyfikacji modeli autorów innych eksperymentów, których prace pozwolą na wyznaczenie prędkości warstwy dennej ruchomego dna lub określenie prędkości przydennych za pomocą pomiarów PIV. Dla tak postawionych założeń konieczna jest zabudowa koryta platformą umożliwiającą symulację ruchomego dna z pułapką piaskową, umożliwiającą pomiar masy rumowiska przemieszczonej dla założonej ilości cykli (ok. 20-50 cykli dla każdej serii pomiarowej). Platforma winna niwelować wpływ prądów wstecznych aby możliwe było powiązanie parametrów ruchu rumowiska jedynie z parametrami fali. Ponieważ jednym z podstawowych elementów wpływających na transport rumowiska jest głębokość tym samym przyjęto wykonanie platformy w sposób umożliwiający zmianę jej położenia w stosunku do głębokości średniej w korycie. Przyjęto wykonanie pomiarów dla 3-7 różnych głębokości średnich. Dla każdej ustawionej głębokości przyjęto pomiar masy przemieszczonego rumowiska (pobór z pułapki piaskowej z określeniem masy po wysuszeniu) dla różnych parametrów fali – np. wyrażonych stosunkiem L/h=4, 6, 8, 10. Dla potrzeb weryfikacji rozkładu prędkości wody w pionie przyjęto iż w trakcie badania ruchu rumowiska określana będzie prędkość wody przy dnie oraz prędkość średnia. Dla określenia prędkości dennych wystarczający będzie pomiar wektora prędkości w pojedynczych punktach koryta nad modelowym rumowiskiem za pomocą np. prędkościomierza ADV. Dla określenia prędkości średniej i jej zmiany w jednym cyklu przejścia fali przyjęto pomiar całego pola prędkości w przekroju pionowym np. za pomocą zestawu PIV. Do celów określenia wyżej opisanych prędkości średniej i przy dnie wystarczający będzie pomiar dla ok. dwóch- trzech następujących po sobie cykli przejścia fali w środku każdej serii pomiarowej (przykładowo pomiar prędkości w 25-27 cyklu dla pomiarów rumowiska łącznie przetransportowanego w ciągu 50cykli). Obok pomiarów rozkładu prędkości możliwe jest ich określenie za pomocą modeli matematycznych jakie będą weryfikowane w innych eksperymentach.

Opis stanowiska badawczego :

Do wykonania eksperymentów konieczne jest koryto falowe z możliwością założenia ustalonych parametrów fali i utrzymania ich na niezmiennym poziomie w ciągu trwania założonej długości serii. W korycie przyjęto wbudowanie poziomej platformy o możliwie niewielkiej grubości i możliwie największej sztywności (np. płyta z tworzywa sztucznego lub z blachy stalowej) montowanej na stelażu umożliwiającym zmianę jej położenia w stosunku do ustalonego poziomu zwierciadła wody. Platforma będzie wypełniona na całej powierzchni warstwą piasku jednorodnego (średnica 0,25-0,50mm). Krawędź napływowa na płytę wykonana w sposób możliwie najskuteczniej niwelujący wpływ rozbijania fali na rozkłady prędkości. Początkową grubość warstwy piasku w eksperymencie przyjęto nie mniejszą niż 5-10 krotność średnicy reprezentatywnej ziaren (ok. 3-5cm). Pułapka piaskowa do pomiaru masy przetransportowanego rumowiska w każdej serii pomiarowej winna być zamontowana w środku i na końcu modelowego ruchomego dna tak aby możliwy był pomiar masy przetransportowanego rumowiska w kierunku przepływu fali oraz rumowiska przetransportowanego w kierunku zgodnym i przeciwnym do kierunki czoła fali. Pułapki piaskowe przyjęto wykonane z metalowego korytka o szerokości ok. 3cm i głębokości nie większej jak grubość warstwy piasku, montowane na platformie na zatrzask tak aby w trakcie pomiarów nie ulegało przesunięciu i odkształceniu i pozwalało na swobodny demontaż wraz ze zgromadzonym materiałem po zakończeniu każdej serii. Szczegóły proponowanej zabudowy koryta platformą do pomiaru rumowiska wg odrębnych rysunków.

Opis aparatury koniecznej do realizacji eksperymentu:

- Suszarka laboratoryjna i waga laboratoryjna (dokładność 0,1g) – zapewniona przez KG, ZUT
- prędkościomierz ADV
- zestaw PIV
- układ koryta falowego wraz z podstawową aparaturą zadającą i kontrolującą parametry ruchu falowego.

Ilość osób przewidywana do przeprowadzenia eksperymentu:

- autor eksperymentu
- osoby związane z obsługą koryta falowego
- obsługa prędkościomierza i zestawu PIV

Planowane publikacje (w jakim czasopiśmie):

Materiały konferencyjne z cyklu Regionalne Problemy Inżynierii Środowiska Dolnej Odry. Publikacja w „Inżynieria Morska i Geotechnika”

Prof. A. Sawicki z Zakładu Geomechaniki wygłosi wykład pt. "Problemy dylatancji i stabilności w gruntach sypkich".

W dniach 14.02 – 25.02.2011 prowadzone będą prace związane z realizacją eksperymentu pt. „Pomiary ruchu wody i transportu osadów w kanale falowym na piaszczystej skarpie”. Publiczna prezentacja eksperymentu odbędzie się dnia 22.02.2011 o godzinie 13:30 w kanale falowym Instytutu Budownictwa Wodnego PAN. Eksperyment przeprowadzi Pan dr inż. Jarosław Kapiński z IBW PAN.

Osoby zainteresowane uczestnictwem w prezentacji proszone są o kontakt z Małgorzatą Bielecką, e-mail: m.bielecka@ibwpan.gda.pl, tel.: (58) 522 29 11 do dnia 17.02.2011.

Prof. Kazimierz Szmidt z Zakładu Mechaniki Falowania i Dynamiki Budowli wygłosi wykład pt. ”Zbadanie efektow zatopionych falochronow w ochronie strefy brzegowej morza”.

Prof. Rafał Ostrowski z Zakładu Mechaniki i Inżynierii Brzegów wygłosi wykład pt. „Wyniki realizacji projektu badawczego pt. Zmienność procesów hydrodynamicznych i litodynamicznych w strefie brzegowej wschodniej części zatoki Gdańskiej”.

Prof. Andrzej Sawicki z Zakładu Geomechaniki wygłosi wykład pt.“Badania gruntu na stole sejsmicznym. Oszacowanie naprężeń w warstwie suchego gruntu”.

Dr inż. Maciej Paprota i prof. Wojciech Sulisz z Zakładu Zakład Mechaniki Falowania i Dynamiki Budowli wygłoszą wykład pt. “Modeling of the propagation and evolution of nonlinear waves in a wave train”.

Mgr inż. Justyna Sławińska z Zakładu Geomechaniki zaprasza na wykład pt. “Odkształcenia i upłynnienie gruntów sypkich w płaskim stanie odkształcenia”.