Eksploatacja ujęć powierzchniowych wiąże się z wieloma utrudnieniami spowodowanymi m.in.: zmiennymi warunkami hydrologicznymi i meteorologicznymi powodującymi wahania przepływów, a także występowanie zjawisk śryżowo-lodowych. Ponadto eksploatacja jest utrudniona w przypadku zanieczyszczenia wody oraz transportu rumowiska. Kolejny istotny aspekt stanowi konieczność zapewnienia ochrony ichtiofauny.
Niniejsza praca doktorska obejmuje badania nad głowicą szczelinową, której konstrukcja pozwala na redukcję wspomnianych problemów eksploatacyjnych. Małe wymiary otworów wlotowych oraz wykorzystanie tzw. deflektora gwarantuje uzyskanie niskich prędkości wlotowych i ich równomierny rozkładzie na jej powierzchni oraz w jej pobliżu.
Opracowany model głowicy został poddany badaniom laboratoryjnym, w których zmierzono prędkości w pobliżu głowicy umieszczonej w korycie hydraulicznym wypełnionym wodą. Rozważano kilka scenariuszy różniących się wartością przepływu w korycie hydraulicznym oraz uwzględniających wykorzystanie dwóch deflektorów o innej wielkości otworów, jak również jego braku.
Wyniki uzyskane podczas badań eksperymentalnych zostały zweryfikowane podczas przeprowadzonych symulacji numerycznych wykorzystujących metody obliczeniowej mechaniki płynów (CFD).
Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, że wykorzystanie zaprojektowanej głowicy pozwala na uniknięcie problemu związanego z zagrożeniem dla ichtiofauny w pobliżu ujęcia wody. Dodatkowo zastosowanie deflektorów spowodowało wyrównanie rozkładów prędkości w pobliżu powierzchni głowicy, co umożliwia pracę głowicy z wyższą wydajnością bez przekraczania dopuszczalnych wartości prędkości wlotowych.
Exploitation of surface intakes is associated with many difficulties caused, among others, by: variable hydrological and meteorological conditions causing fluctuations in flows, as well as the occurrence of ice phenomena. Moreover, exploitation is difficult in the case of water pollution and sediment transport. Another important aspect is the need to ensure the ichthyofauna protection.
This doctoral thesis covers research on a cylindrical wedge-wire water intake screen, the design of which allows to reduce the aforementioned operational problems. Small dimensions of the inlet slots and the use of the so-called the deflector guarantees low inlet velocities and their even distribution on its surface and in its vicinity.
The developed model of the water intake screen was subjected to laboratory tests, in which the speeds were measured near the screen located in a hydraulic channel filled with water. Several scenarios were considered with different flow rates in the hydraulic channel and taking into account the use of two deflectors with different opening sizes, as well as the lack of the deflector.
The results obtained during the experimental tests were verified during the conducted numerical simulations using computational fluid dynamics (CFD) methods.
On the basis of the conducted analyzes, it was found that the use of the designed water intake screen allows to avoid the problem related to the threat to the ichthyofauna near the water intake screen. In addition, the use of deflectors resulted in the equalization of velocity distributions near the screen’s surface, allows the water intake screen to be operated with higher efficiency without exceeding the permissible inlet velocity values.
