Institute of Hydro-Engineering
of Polish Academy of Sciences

Messages from category "eksperymenty"

In cooperation with the scientists from the Institute of Geophysics of the Polish Academy of Sciences (Dr. Łukasz Przyborowski and Dr. Anna Maria Łoboda), in April and May this year, a pilot study entitled "Experiments on macroplastic storage in rivers with spur dikes", was carried out. The guests, interested in the possibilities of the Hydraulic Laboratory, made a series of measurements together with the employees from our institute. The aim of this study was to determine how macroplastic particles behave under flow conditions through a zone with spurs with and without the presence of river vegetation. Additional elements in the form of spur extension and plant stands were built for the task.

transport osadów stałych - pomiar falowania

The measurements were carried out thanks to the agreement on research cooperation signed last year between the Institute of Geophysics PAS and the Institute of Hydro-engineering PAS, and will serve as a pilot  study for the planned joint project for the National Science Center call. The performed measurements and their future continuation promise unique results, which will contribute to better understanding of the transport of solid waste in rivers and thus, their monitoring and removal.

transport osadów stałych - swobodny dryft odpadów


W lipcu i sierpniu tego roku miały miejsce badania pilotażowe projektu „Badania modelowe transportu rumowiska i lodu w rejonie ostróg w rzekach uregulowanych” we współpracy z Kołem Naukowym Inżynierii i Gospodarki Wodnej Konfuzor Politechniki Gdańskiej. Studenci pod opieką pracowników laboratorium wykonali badania stanowiące podstawę dwóch obronionych w październiku prac magisterskich. Tematyka wykonanych prac objęła m.in. wpływ wystąpienia lodu brzegowego w przestrzeni między ostrogowej na zmianę dynamiki przepływu, analizę trajektorii spławianej kry w kanale z zabudową regulacyjną i wpływ zabudowy ostrogowej na zjawisko erozji. W przyszłym roku planowana jest kontynuacja badań z uwzględnieniem większej ilości punktów pomiarowych oraz z zastosowaniem dna rozmywalnego. Wierzymy, że współpraca z uczelniami i czynny udział w kształceniu studentów stanowi ważny aspekt funkcjonowania laboratorium.


W marcu i kwietniu 2019 w kanale falowo-przepływowym IBW PAN zostały przeprowadzone pilotażowe pomiary pola prędkości nad jazem. Do badań posłużył przekrój jazu Stopnia Wodnego Włocławek. Kształt i wymiary jazu oraz warunki hydrauliczne do badań eksperymentalnych przyjęto w sposób analogiczny jak w badaniach przedinwestycyjnych, wykonanych w roku 1959 przez IBW PAN.

Wykonano dwa warianty modelu jazu, w skali 1:50 i 1:25, dla których przeprowadzono badania w bardzo szerokim spektrum przepływów (od 120 do 235 l/s). Szczególny nacisk położony został na odtworzenie przepływów charakterystycznych Q1% oraz Q0.1%, tj. przepływów występujących raz na 100 i na 1000 lat.

Poniżej przedstawione zostały wyniki pomiaru pola prędkości wody dla modelu fizycznego odpowiadające przepływowi Q1% = 9745 m3/s przez jaz Stopnia Wodnego Włocławek.

W wariancie jazu w skali geometrycznej 1:25 i odpowiadającej jej skali przepływu 1:3125, wydatek przez model jazu wynosił qmod = 177 l/s co odpowiada przepływowi w naturze Q = 36.875 m3/s/mb korony jazu. Wielkości przepływu przez jaz są zgodne z badaniami z roku 1959 wykonanymi w IBW PAN. Stanowisko badawcze w trakcie rejestracji – film z kamery

Chwilowy rozkład prędkości nad koroną jazu – film wyniki pomiaru PIV

Uśrednione pole prędkości nad koroną jazu – zdjęcie wynik pomiaru PIV

Informacje szczegółowe nt. wykorzystanych najważniejszych urządzeń pomiarowych

W roku 2012 kanał falowy o długości 64 m, szerokości 0.6 m i wysokości 1.4 m został rozbudowany o system generacji przepływu. Zamontowano dwie pompy (każda o wydajności 250 l/s) na obu końcach kanału, które pozwalają na wybór kierunku generacji przepływu. Układ sterująco-kontrolny składa się z falownika sterującego pracą pomp oraz sprzężonego z nim przepływomierza elektromagnetycznego. Zastosowanie takiego rozwiązania umożliwia generację założonego przepływu, np. odwzorowanie hydrogramu przejścia fali wezbraniowej., przy uzyskaniu dokładności pomiaru nie mniejszej niż 0.5% przepływu.

Do pomiaru pól prędkości przepływu wody w kanale falowym wykorzystuje się system oparty o technikę PIV (Particle Image Velocimetry). Technika ta polega na określeniu prędkości wody w płaszczyźnie pomiarowej na podstawie analizy przesunięcia cząstek posiewu zawieszonego w wodzie. Cząstki posiewu wykonane są z materiału szklanego o gęstości zbliżonej do gęstości wody oraz średnicy rzędu mikrometrów. Do rejestracji ruchu posiewu wykorzystuje się system składający się z lasera mającego za zadanie podświetlenie cząstek posiewu oraz z kamery służącej do rejestracji położenia cząstek posiewu. Kamera zsynchronizowana z laserem rejestruje dwa obrazy rozkładu podświetlonego posiewu w płaszczyźnie pomiarowej w określonym odstępie czasu (rzędu milisekund). Na tej podstawie wyznaczane są wektory prędkości w podobszarach przestrzeni pomiarowej i uzyskiwane jest pole prędkości dla danego obszaru pomiarowego. Pary zdjęć wykonywane są z zadaną częstotliwością (do 50 Hz), co umożliwia badanie zmian pola prędkości przepływu wody w czasie.


Nazwa instytucji:
Zakład Mechaniki Falowania i Dynamiki Budowli
Instytut Budownictwa Wodnego PAN
Osoba do kontaktu:
Dr hab. inż. Wojciech Sulisz, mgr. Dawid Majewski
sulisz@ibwpan.gda.pl, d.majewski@ibwpan.gda.pl
Telefon / fax: +48 58 522 29 37/38, +48 58 552 42 11
Tytuł eksperymentu:
Analiza wpływu koncentracji energii falowej na wzmocnienie falowania w kolumnie oscylacyjnej
Cel eksperymentu:
Weryfikacja modelu teoretycznego w kontekście badań nad metodami pozyskiwania energii falowej
Zakres eksperymentu (opis planowanych badań i spodziewanych wyników):

Zakres eksperymentu obejmuje przeprowadzenie testów laboratoryjnych, w celu zbadania wpływu zmiany geometrii kanału falowego na wzmocnienie falowania w kolumnie oscylacyjnej. Kolumna oscylacyjna będzie w przekroju prostokątna o wymiarach 30x20 cm. Zmiana geometrii kanału polega na wstawieniu progu podwodnego o zmiennej wysokości i zwężeniu jednej ściany bocznej. Pozwoli to skoncentrować energię falowania na mniejszej powierzchni. W celu uniknięcia wpływu procesów nieliniowych falowania podczas pomiarów kolumna oscylacyjna umieszczona będzie nad progiem w rejonie zmiany geometrii kanału. Pomiary zostaną wykonane za pomocą sprzętu znajdującego się na wyposażeniu laboratorium hydraulicznego IBW PAN. Trzy sondy falowe będą umieszczone przed miejscem zmiany geometrii kanału, trzy kolejne sondy wewnątrz kolumny oscylacyjnej. Pomiary zostaną wykorzystane do określenia wielkości energii, jaką można pozyskać dzięki wykorzystaniu energii falowej.

Do pomiarów wychylenia swobodnej powierzchni wykorzystane zostaną trzy sondy falowe umieszczone przed miejscem zmiany geometrii kanału uzyskanej przez wstawienie progu podwodnego i zwężenie kanału w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku falowania. Trzy kolejne sondy umieszczone zostaną wewnątrz kolumny oscylacyjnej umieszczonej nad progiem w rejonie zmiany geometrii kanału.

Proponowany termin realizacji: 11.07 – 05.08 2011


Nazwa instytucji:
Politechnika Gdańska
Osoba do kontaktu:
Joanna Kasprzyk
kasprzyk.joanna@wp.pl
(+48)607404943
Tytuł eksperymentu:
Pomiar prędkości cieczy wywołanej mechanicznie generowanymi falami powierzchniowymi.
Cel eksperymentu:
Pozyskanie danych do weryfikacji modelu teoretycznego
Zakres eksperymentu (opis planowanych badań i spodziewanych wyników):

Przeprowadzenie testów laboratoryjnych dla fal z zakresu 0,5

Wykorzystany zostanie sprzęt pomiarowy znajdujący się na wyposażeniu laboratorium hydraulicznego IBW PAN. Jest to układ umożliwiający pomiar dwuwymiarowego pola prędkości cząstek cieczy w badanym obszarze, tzw. “Advanced PIV System for Quantitative Flow Field Analysis FlowMaster”. System PIV dostarcza informacji przestrzennej odnośnie wartości i kierunków wektorów prędkości. Jednocześnie badane będzie wychylenie swobodnej powierzchni przy wykorzystaniu sond falowych. Pomiary zostaną wykonane w ustalonych odległościach od generatora oraz w dwóch płaszczyznach po szerokości kanału.

Uzyskane dane posłużą do weryfikacji analitycznego modelu generacji i propagacji fal w kanale falowym z uwzględnieniem tłumienia.


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”

Nazwa instytucji:
Instytut Budownictwa Wodnego PAN
Zakład Mechaniki i Inżynierii Brzegów
Osoba do kontaktu:
Jarosław Kapiński, dr inż.
kapinski@ibwpan.gda.pl
058-522-29-54
Tytuł eksperymentu:
Modelowanie nabiegania fal i ruchu osadów na skarpie
Cel eksperymentu:
Analiza nabiegania stojących fal typu Lagrange’a i Eulera na skarpę sztywną i piaszczystą oraz wywołanego nimi transportu osadów
Zakres eksperymentu (opis planowanych badań i spodziewanych wyników):

Modelowanie ruchu wody na sztywnej skarpie dla stojących fal typu Lagrange’a i odpowiadających im fal typu Eulera (analiza parametrów hydrodynamicznych).

Modelowanie ruchu wody i osadów na piaszczystej skarpie dla stojących fal typu Lagrange’a i odpowiadających im fal typu Eulera (analiza zmian batymetrycznych, transportu osadów i jego wysortowywania).


Nazwa instytucji:
Instytut Nauk Podstawowych Technicznych
Wydział Mechaniczny
Akademia Morska w Szczecinie
Osoba do kontaktu:
Zenon Grządziel, dr inż.
z.grzadziel@am.szczecin.pl
tel. 91 480 94 08, fax 91 480 95 75
Tytuł eksperymentu:
Badania eksperymentalne modelowego stanowiska do tłumienia fal wodnych
Cel eksperymentu:
Potwierdzenie założeń teoretycznych o kompensacji falowania na urządzeniu tłumiącym. Optymalizacja efektu tłumienia.
Zakres eksperymentu (opis planowanych badań i spodziewanych wyników):
Rejestracja zachowania się fal wodnych przed i za urządzeniem tłumiącym. Uzyskanie obrazu zachowania się fal w obrębie urządzenia. Ocena wielkości tłumienia fal wodnych.

Nazwa instytucji:
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk Technicznych,
Katedra Budownictwa i Konstrukcji Budowlanych
Osoba do kontaktu:
Szymon Sawczyński mgr inż.
sz.sawczynski@uwm.edu.pl
895 234 740
Tytuł eksperymentu:
Transport i segregacja osadów piaszczystych oraz zmiany batymetrii w wyniku falowania monochromatycznego.
Cel eksperymentu:
Określenie zmian batymetrii i rozkładów uziarnienia osadów budujących dno w danych warunkach falowych.
Zakres eksperymentu (opis planowanych badań i spodziewanych wyników):

Przeprowadzenie trzech testów laboratoryjnych dla różnych parametrów fali monochromatycznej z ciągłym pomiarem dna (zmian batymetri) oraz poborem próbek osadu.

Uzyskanie danych, które posłużą do weryfikacji matematycznego modelu transportu i segregacji osadów w obrębie torów podejściowych do portów.

Otrzymane dane spodziewanych zmian batymetrii i rozkładów uziarnienia osadów piaszczystych budujących dno zostaną wykorzystane w pracy doktorskiej.

Ponadto, wyniki otrzymane z przeprowadzonego eksperymentu wykorzystane zostaną w celu uzupełnienia danych z przeprowadzonego w ramach projektu „Sandpit” w laboratorium w Delft Hydraulics testu dotyczącego zmian batymetrii oraz danych terenowych pomierzonych w obrębie toru podejściowego do portu w Łebie.


Nazwa instytucji:
Instytut Budownictwa Wodnego PAN
Zakład Mechaniki Falowania i Dynamiki Budowli
Osoba do kontaktu:
Aneta Dargacz, mgr
aneta.dargacz@ibwpan.gda.pl
58 522 29 38
Tytuł eksperymentu:
Generacja i propagacja fali poprzecznej w basenie falowym
Cel eksperymentu:
Analiza i doświadczalna weryfikacja modelu numerycznego
Zakres eksperymentu (opis planowanych badań i spodziewanych wyników):

Na jednym z końców klapy generatora zamocowana zostanie płyta o długości odpowiadającej szerokości kanału, wychylająca się ruchem wahadłowym w obie strony z niewielką, lecz stałą amplitudą. Poprzez taką modyfikację w kanale zostanie wygenerowana fala rozchodząca się pod pewnym kątem w poprzek jego przekroju.

Przedstawiony eksperyment pozwoli zweryfikować doświadczalnie trójwymiarowy model numeryczny propagacji fal w basenie falowym.


Contact:

  ul. Kościerska 7, 80–328 Gdańsk, POLSKA

   (+48)58-552-3903, fax (+48)58-552-4211

  sekr@ibwpan.gda.pl

Employee zone:

Copyright © 2018, IBW PAN w Gdańsku