Pomiary pola prędkości nad jazem
Michał Wilde archiwalne, eksperymenty
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.