IBW Program Regionalny Agencja Rozwoju Unia Europejska budynek

Budowa sieci transferu wiedzy nt. kierunków i możliwości rozwoju badań
w laboratorium falowym oraz in situ przy wykorzystaniu innowacyjnej aparatury badawczej

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.


Regionalny Program Operacyjny
dla Województwa Pomorskiego
na lata 2007-2013

Oś Priorytetowa:
1. Rozwój i innowacje w MŚP
Działanie:
1.5. Regionalna Sieć Transferu Rozwiązań Innowacyjnych
Poddziałanie:
1.5.2. Wsparcie Regionalnych Procesów Proinnowacyjnych
Umowa nr:
UDA-RPPM.01.05.02-00-011/08-00
Koordynator:
Partnerzy:
Czas realizacji:
2 lata
Początek:
1.10.2009