Oscilacije vodnih masa u sustavu pod tlakom
Mentor: doc. dr. sc. Elvis Žic
Student: Mateo Brenko
Oprema: Fizikalni model vodnog udara u cijevima
Opis: Diplomski rad „Oscilacije vodnih masa u sustavu pod tlakom kod cilindrične i raščlanjene vodne komore“ bavi se analizom nestacionarnog strujanja vode u tlačnim sustavima hidroenergetskih postrojenja, s posebnim naglaskom na pojavu hidrauličkog udara i oscilacija vodnih masa u vodnim komorama. Vodne komore predstavljaju važan element hidroenergetskih sustava jer osiguravaju stabilan rad turbina: omogućuju dovoljnu količinu vode pri pokretanju turbina te ublažavaju promjene tlaka i energije koje nastaju prilikom naglog zaustavljanja turbina, čime se sprječavaju štete u sustavu. U radu su prikazane osnovne značajke vodnih komora, njihovi tipovi te teorijska osnova za proračun oscilacija vodnih masa. Posebna pažnja posvećena je cilindričnoj vodnoj komori, koja ima jednostavnu geometriju i dobro razvijenu teorijsku podlogu, te raščlanjenoj vodnoj komori, koja se danas češće primjenjuje zbog boljeg prigušenja oscilacija i manjeg potrebnog volumena. Analizirane su jednadžbe oscilacija razine vode i uvjeti stabilnosti sustava vodna komora – dovodni tunel, kao i utjecaj regulacije protoka na stabilnost rada hidroenergetskog sustava. U teorijskom dijelu obrađena je i problematika hidrauličkog udara, odnosno nagle promjene tlaka u cjevovodu uzrokovane brzim promjenama brzine strujanja tekućine. Objašnjene su osnovne jednadžbe vodnog udara, brzina širenja vala te faze propagacije poremećaja u cjevovodu. Eksperimentalni dio rada proveden je na fizikalnom modelu HM156 u hidrotehničkom praktikumu Građevinskog fakulteta u Rijeci. Izvedeno je ukupno deset pokusa za analizu hidrauličkog udara te dodatni pokusi za analizu oscilacija vodnih masa u cilindričnoj i raščlanjenoj vodnoj komori. Osim laboratorijskih mjerenja, izrađen je i računalni model u programu Mathcad, kojim su simulirane oscilacije vodnih masa i uspoređeni rezultati s eksperimentalnim podacima. Rezultati istraživanja pokazali su da brzina širenja hidrauličkog udara ovisi prvenstveno o protoku, dok razine vode u akumulaciji i vodnoj komori imaju manji utjecaj. Usporedbom dviju analiziranih geometrija vodnih komora utvrđeno je da raščlanjena vodna komora učinkovitije prigušuje oscilacije vodnih masa, te iste oscilacije ublažava u kraćem vremenu i uz manji potrebni volumen komore.
Link na cjeloviti rad: https://repository.gradri.uniri.hr/object/gradri:982
Fizikalni model procjeđivanja ispod brane
Mentor: doc. dr. sc. Elvis Žic
Student: Iva Reinić
Oprema: Fizikalni model za vizualizaciju procjeđivanja toka vode
Opis: U završnom radu analizirano je procjeđivanje vode ispod brane, odnosno proces filtracije vode kroz porozni medij. U uvodnom dijelu rada objašnjen je pojam procjeđivanja (filtracije) kao procesa prolaska vode kroz porozni materijal, pri čemu je kao osnovni filtarski materijal korišten pijesak. Istraživanje je provedeno metodom fizikalnog modeliranja u hidrotehničkom laboratoriju Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Rijeci, na eksperimentalnom uređaju HM169 – Visualisations of Seepage Flows, proizvođača GUNT iz Hamburga. U teorijskom dijelu rada obrađene su osnove potencijalnog strujanja te su prikazane osnovne formulacije i podjela tokova. Nadalje je dan pregled gibanja podzemne vode, uključujući oblike podzemnog strujanja i zakon laminarne filtracije. Također su opisane fizikalne karakteristike tla te njihova klasifikacija prema propusnosti, što je važno za razumijevanje procesa filtracije. Detaljnije je prikazano kretanje podzemne vode tijekom filtracije te metode određivanja i prikaza strujne (hidrodinamičke) mreže, koja omogućuje analizu tokova vode i raspodjele hidrauličkih potencijala u tlu. Eksperimentalni dio rada temelji se na provedbi laboratorijskih pokusa na fizikalnom modelu HM169. U radu je opisan izgled i način rada uređaja, dane su upute za upravljanje modelom i izvođenje pokusa, te su prikazani dobiveni rezultati mjerenja. Rezultati su analizirani, grafički prikazani i interpretirani kroz hidrauličku analizu procjeđivanja vode ispod brane. Na temelju provedenih ispitivanja razmotrena je praktična primjena analize procjeđivanja, primjerice pri određivanju sile uzgona na temelje brane, procjeni stabilnosti objekta uslijed mogućeg diferencijalnog slijeganja te pri određivanju i prikazu strujnih polja i hidrodinamičkih mreža ispod brane.
Link na cjeloviti rad: https://repository.gradri.uniri.hr/object/gradri:685
Fizikalni model Peltonove turbine – eksperimentalna istraživanja
Mentor: doc. dr. sc. Elvis Žic
Student: Stjepan Komljenović
Oprema: Fizikalni model Peltonove turbine
Opis: Završni rad bavi se eksperimentalnim istraživanjem rada Peltonove turbine na fizikalnom modelu te analizom osnovnih hidrauličkih i energetskih karakteristika ove turbine. Peltonova turbina pripada skupini akcijskih turbina slobodnog mlaza koje se primjenjuju pri velikim padovima i manjim protocima vode te se odlikuju visokom učinkovitošću u hidroenergetskim sustavima. U radu su objašnjeni osnovni principi rada turbine, uključujući pretvorbu potencijalne energije vode u kinetičku energiju mlaza koji djeluje na lopatice rotora i stvara okretni moment. Teorijski dio rada obuhvaća temeljna fizikalna načela na kojima se zasniva rad Peltonove turbine, poput jednadžbe kontinuiteta, zakona očuvanja količine gibanja i Bernoullijeve jednadžbe. Na temelju tih zakonitosti objašnjen je odnos između tlaka, brzine strujanja, protoka, okretnog momenta i snage turbine te je prikazan trokut brzina koji opisuje odnos apsolutne, relativne i obodne brzine mlaza vode pri udaru u lopatice rotora. Eksperimentalni dio rada proveden je na fizikalnom modelu GUNT HM 289 u hidrotehničkom praktikumu Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Rijeci. Model omogućuje mjerenje osnovnih radnih parametara turbine, poput tlaka, protoka, rotacijske brzine, sile i okretnog momenta, pomoću senzora i računalnog sustava za prikupljanje podataka. Tijekom istraživanja provedena su četiri eksperimenta kojima su analizirani utjecaji radnog tlaka i protoka na brzinu mlaza, rotacijsku brzinu turbine, okretni moment, snagu i učinkovitost rada sustava. Rezultati istraživanja pokazali su da povećanje tlaka i protoka uzrokuje porast brzine mlaza i rotacijske brzine turbine, što povećava proizvedenu snagu. Analiza krivulja momenta, snage i učinkovitosti pokazala je da se maksimalna učinkovitost turbine postiže približno pri polovici maksimalne rotacijske brzine, dok se pri vrlo malim protocima javljaju značajni hidraulički i mehanički gubici. Dobiveni rezultati doprinose boljem razumijevanju rada Peltonove turbine i mogu poslužiti kao osnova za optimizaciju hidroenergetskih sustava.
Link na cjeloviti rad: https://repository.gradri.uniri.hr/object/gradri:337
Digitalni blizanac fizikalnog modela tlačnog sustava namijenjen lokalizaciji gubitaka vode
Mentor: prof. dr. sc. Vanja Travaš
Student: Emanuel Gal
Oprema: Bazen sa generatorom valova, senzori tlaka, senzori protoka
Opis: Cilj diplomskog rada bio je izraditi fizikalni model tlačnog sustava u kojem se mjerenjem tlaka i protoka lokaliziraju gubici vode primjenom digitalnog blizanca. U tu svrhu razvijen je numerički model sustava koristeći program EPANET, dok je fizikalni model izrađen od PPR cijevi. Za lokalizaciju gubitaka vode primijenjena je PSO metoda (engl. Particle Swarm Optimization). Tako, komparacijom tlakova dobivenih kalibriranim numeričkim modelom za idealno stanje sustava i tlakova izmjerenih na fizikalnom modelu koji ima curenje vode je aproksimiran položaj i iznos curenja vode. Prikupljanje podataka iz fizikalnog modela je provedeno korištenjem ARDUINO pločica i senzora tlaka i protoka koji omogućuju kontinuirano praćenje stanja sustava. Za obradu prikupljenih podataka je korišten programski jezik Python. U demonstracijske svrhe su analizirani različiti scenariji gubitaka vode, uz pet različitih veličina otvora. Rezultati su pokazali da preciznost algoritma ovisi o veličini i lokaciji gubitka.
Link na cjeloviti rad: https://repository.gradri.uniri.hr/en/object/gradri:1936
