LABORATORIUM FALOWE ZAKŁADU MECHANIKI FALOWANIA I DYNAMIKI BUDOWLI INSTYTUT BUDOWNICTWA WODNEGO POLSKIEJ AKADEMII NAUK LABORATORIUM FALOWE ZAKŁADU MECHANIKI FALOWANIA I DYNAMIKI BUDOWLI PREZENTACJA MOŻLIWOŚCI BADAŃ ORAZ WYKORZYSTANIA APARATURY BADAWCZEJ (POMIAROWEJ) ANNA REDA, MACIEJ PAPROTA

pod względem dokładności otrzymywanych wyników. Laboratorium falowe Kanał falowy IBW PAN zalicza się do światowej czołówki laboratoriów hydraulicznych pod względem dokładności otrzymywanych wyników. Laboratorium zostało zbudowane w latach 1998 – 1999. Konstrukcja kanału falowego została wykonana w sposób zapewniający dużą precyzję prowadzenia eksperymentów.

Kanał falowy WYMIARY KANAŁU FALOWEGO: długość 64.1m szerokość 0.6m głębokość 1.4m Pionowe, równoległe względem siebie ściany kanału wykonane są ze szkła, dzięki czemu można dokładnie obserwować badane procesy falowe. Dno kanału wykonane jest z aluminiowych stopów.

Kanał falowy W kanale możliwa jest generacja szerokiego zakresu warunków falowych, od fal regularnych po pliki falowe pseudolosowe. Głębokość wody w zbiorniku kanału używana do eksperymentów zwykle waha się od 0.4 do 0.8 m. Wysokość najwyższych fal może dochodzić do 0.6 m.

Wywoływacz falowy Wywoływacz falowy typu tłokowego Sterowany przez komputer i napędzany hydraulicznie. Elementem wymuszającym falowanie jest sztywna, pionowa płyta generatora, poddana poziomym ruchom oscylacyjnym, podobnym do ruchu tłoka w cylindrze. Wywoływacz falowy posadowiony jest niezależnie od konstrukcji nośnej samego zbiornika, w celu ograniczenia przenoszenia wibracji.

Wygaszacz falowania Na końcach kanału znajdują się pochłaniacze fal wykonane z plastykowych mat o właściwościach ośrodka porowatego, zainstalowane w celu wygaszenia energii falowania. Szacowana amplituda fal odbitych stanowi 5 - 10 % amplitudy fali padającej, dzięki temu ograniczona długość kanału nie przeszkadza w badaniu długich przebiegów. Efektywność tłumienia falowania jest niezwykle istotna. Głównym przedmiotem prowadzonych badań jest badanie pierwotnie zadanej fali progresywnej, niezaburzonej nakładaniem się fali odbitej. Tuż za klapą generatora znajduje się skarpa o nachyleniu 1:3.5, zaś na przeciwległym końcu raz skarpa o nachyleniu 1:7. Obie skarpy w wystarczający sposób wygaszają energię falowania.

Aparatura pomiarowa Do pomiaru parametrów generowanego i propagującego falowania (określenia profili falowych) stosuje się: SONDY OPOROWE rejestrujące wychylenie swobodnej powierzchni falowania.

Aparatura pomiarowa Do pomiaru ciśnień stosuje się czujniki ciśnień (SONDY CIŚNIENIOWE): HIGH PERFORMANCE PRESSURE TRANSDUCERS pozwalające na pomiar ciśnień hydrodynamicznych wywieranych na różnego typu konstrukcje umieszczane w kanale Do pomiaru przyspieszeń konstrukcji stosuje się AKCELEROMETRY: ENDEVCO MODELS 7751-100-X/7751-500-X ISOTRON ACCELEROMERETS 8

ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) Aparatura pomiarowa Aparaturą wykorzystywaną do pomiarów prędkości cząstek cieczy są prędkościomierze: ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) Możliwy jest jednoczesny pomiar trzech składowych wektora prędkości. Zakres ±0.01, 0.1, 0.3, 2, 4, 7 m/s (konfigurowalne) Dokładność ±0.5% pomierzonej wartości ±1 mm/s Częstotliwość próbkowania (wyjście) 1–64 Hz 9

Aparatura pomiarowa KAMERA CYFROWA SONY HDR-SR8E wraz z kompletem filtrów, z możliwością rejestracji obrazu z dużą częstotliwością (100 fps) Najważniejsze cechy kamery: Wbudowany twardy dysk o pojemności 100 GB. Przetwornik obrazu CMOS ClearVid - 3,2 miliona pikseli. Zapis fotografii o rozdzielczości 6,1 megapikseli oraz funkcja Dual Rec. Zgodność z High Definition. Panoramiczny ekran LCD o przekątnej 2,7 cala. Złącze USB. Optyka Carl Zeiss Vario-Tessar. Optyczny system stabilizacji obrazu Super SteadyShot. 10 x zoom optyczny / 20 x zoom cyfrowy.

Particle Image Velocimetry Parametry podstawowych elementów zestawu PIV: Laser -         ilości wnęk: 2 -         częstość repetycji: 15Hz -         moc impulsu 200mJ/wnęka przy 532nm Kamera -         rozdzielczość 1280x1024 pikseli -         praca w trybie Dual-Frame, szybkość przynajmniej 200 fps Rys. Schemat zestawu PIV - LaVision, materiały producenta.

Particle Image Velocimetry Zasada działania (LaVision, materiały producenta):

Particle Image Velocimetry Przykładowe zastosowania w eksperymentach w kanałach falowych: Rys. Pole prędkości fali załamującej się przed (a) i po uderzeniu w konstrukcję (b) - (Ryu i in., 2007)

Particle Image Velocimetry Przykładowe zastosowania w eksperymentach w kanałach falowych: Rys. Osuwanie się zboczy. Z prawej pomierzone pole prędkości wody - (LaVision – materiały producenta)