Environmental Hydraulics Lab

Kuvaus

Aalto Environmental Hydraulics Lab (EHL) on monikäyttöinen laboratorio veden virtauksen ja liikkeen kokeelliseen tutkimukseen ja opetukseen. Pyrimme ymmärtämään paremmin sitä, miten vesien, pohjasedimentin, kasvillisuuden, ravinteiden ja haitallisten aineiden dynamiikkaa ja prosessit toimivat vesiympäristössä.

Tutkimme sekä luonnonvesiä että rakennettuja ympäristöjä, erityisesti jokia, kosteikkoja ja kaupunkien vesikohteita. Nämä järjestelmät monimutkaisine vuorovaikutusjärjestelmineen tarjoavat tutkijoille merkittäviä ja mielenkiintoisia haasteita. Environmental Hydraulics Labissa on kaksi jokivirtausta jäljittelevää kourua sekä muuta infrastruktuuria. Ne mahdollistavat tieteellisen tutkimuksen, johon kuuluvat tarkat nestemekaniikan korkean erottelukyvyn mittaukset vesirakentamisen sovelluksia varten. Seuraavassa on tietoa EHL-laboratorion vierailijoille sekä laboratorion teknisistä yksityiskohdista

Jokivirtausta jäljittelevän kourun tekninen kuvaus

Jokivirtausta jäljittelevä kouru (2016) on tarkoitettu yleistä veden virtauksen tutkimusta varten. Pääasiassa laitteistoa käytetään vesirakentamisen alan tutkimukseen ja opetukseen, jolloin siinä kierrätetään puhdasta vettä. Toissijaisesti siinä voidaan myös tehdä kokeita, joissa käytetään myös sedimenttejä, veteen liuenneita aineita tai aallonmuodostusta. Järjestelmässä voi kierrättää vettä kahdella eri tavalla.

Käyttötapa A, jossa virtaama voi olla enintään 0,120 m³/s: valmiina kokonaisuutena toimitettu, erillinen järjestelmä, jossa on sisäinen vesikierto. Käyttötapa A:ssa veden virtausta säädellään pumpuilla, joissa on magneettivuomittariin yhdistetty virtausnopeuden säätöjärjestelmä (hienon sedimentin tai muiden aineiden käyttö mahdollista).

Käyttötapa B, jossa virtaama voi olla enintään 0,300 m³/s: käytetään yhdistettynä laboratorion vesikiertojärjestelmään. Virtauskourun yläpuolella olevaa vakiopaineistettua allasta (~100 m³) käytetään tuomaan vettä kouruun magneettivuomittarin avulla säädellyn venttiilin kautta (kierrätetty puhdas vesi).

Kourussa on elektronisesti säädettävä kallistusjärjestelmä, jonka avulla kaltevuutta voi muuttaa välillä -0,75 % ja +2,1 %. Mekanismi koostuu moottoroidusta mekaanisesta vaihdejärjestelmästä, joiden avulla kolmea maata vasten tulevaa tukijalkaa säädetään suhteessa toisiinsa.

Erityispiirteenä kourun alajuoksulle, hieman virtauskourun pitkän osan jälkeen on rakennettu kaksi syvempää, valepohjalla varustettua osiota (pituus 950 mm, leveys 230 mm, korkeus 407 mm). Tämän rakenteen avulla kourun pohjan alla olevaan tilaan voi sijoittaa mittausinstrumentteja, kuten virtausvoiman mittauslaitteita, häiritsemättä veden virtausta.

Keskelle kourun pohjaa on sijoitettu hanoja 0,25 metrin välein vedenpaineen mittausta varten. Lisäksi pohjassa on myös kahdessa rivissä 0,5 metrin välein kierrereikiä, joiden avulla kouruun on helppo asentaa erilaisia rakenteita ja elementtejä.

Sisäisen kierron ollessa käytössä järjestelmässä voi käyttää hienoa sedimenttiä ja muita pienhiukkasia/liuenneita aineita (hiukkaset virtaavat enimmäkseen veden mukana, ei tarvetta järjestelmälle karkean materiaalin syöttämistä/talteenottoa varten). Kourun rakenne mahdollistaa hienojen sedimenttihiukkasten kierrättämisen ja liikuttamisen vesikiertojärjestelmän kautta. Kouru sekä sen vesisäiliöt ja putkistot on suunniteltu siten, että hieno sedimentti ja epäpuhtaudet voi huuhtoa pois ja purkaa jätevedenpuhdistukseen.

Ilman vesikiertoa kourua voi käyttää myös aaltoaltaana, kun sinne sijoitetaan läppäkäyttöinen aaltokone, jossa on kaksi vaimennuselementtiä. Kun vesikierto ei ole käytössä, kourua voi käyttää myös eräisiin hydrologisiin tutkimuksiin. Tällaisia tutkimuksia varten kourun voi täyttää luonnon maa-aineksilla tai teollisilla materiaaleilla, jotta voidaan tutkia veden virtausta huokoisessa väliaineessa, aineiden suodattumista vaakasuoralla alustalla tai lievästi kaltevalla pinnalla jne.

Erityispiirteenä kourun alajuoksulle, hieman virtauskourun pitkän osan jälkeen on rakennettu kaksi syvempää, valepohjalla varustettua osiota (pituus 950 mm, leveys 230 mm, korkeus 407 mm). Tämän rakenteen avulla kourun pohjan alla olevaan tilaan voi sijoittaa mittausinstrumentteja, kuten virtausvoiman mittauslaitteita, häiritsemättä veden virtausta.

Keskelle kourun pohjaa on sijoitettu hanoja 0,25 metrin välein vedenpaineen mittausta varten. Lisäksi pohjassa on myös kahdessa rivissä 0,5 metrin välein kierrereikiä, joiden avulla kouruun on helppo asentaa erilaisia rakenteita ja elementtejä.

Sisäisen kierron ollessa käytössä järjestelmässä voi käyttää hienoa sedimenttiä ja muita pienhiukkasia/liuenneita aineita (hiukkaset virtaavat enimmäkseen veden mukana, ei tarvetta järjestelmälle karkean materiaalin syöttämistä/talteenottoa varten). Kourun rakenne mahdollistaa hienojen sedimenttihiukkasten kierrättämisen ja liikuttamisen vesikiertojärjestelmän kautta. Kouru sekä sen vesisäiliöt ja putkistot on suunniteltu siten, että hieno sedimentti ja epäpuhtaudet voi huuhtoa pois ja purkaa jätevedenpuhdistukseen.

Ilman vesikiertoa kourua voi käyttää myös aaltoaltaana, kun sinne sijoitetaan läppäkäyttöinen aaltokone, jossa on kaksi vaimennuselementtiä. Kun vesikierto ei ole käytössä, kourua voi käyttää myös eräisiin hydrologisiin tutkimuksiin. Tällaisia tutkimuksia varten kourun voi täyttää luonnon maa-aineksilla tai teollisilla materiaaleilla, jotta voidaan tutkia veden virtausta huokoisessa väliaineessa, aineiden suodattumista vaakasuoralla alustalla tai lievästi kaltevalla pinnalla jne.

Lisätietoa jokivirtausta jäljittelevästä kourusta (2016)

Instrumentointi, ohjaus ja rajapinnat

Kourun laitteiston ja tiedonkeruun ohjaus tapahtuu tietokoneavusteisesti, ja siihen voidaan joustavasti liittää uusia sensoreita ja mittalaitteita kulloisenkin käyttäjän tarpeiden mukaisesti. Järjestelmää käyttävän suojatun ohjelmiston avulla on mahdollista ohjata kourun toimintaa ja joko visualisoida tärkeimpiä parametriarvoja reaaliaikaisesti tai tallentaa ne. Jotta ”avoin pääsy” olisi mahdollinen, ohjauspaneelissa on ohjelmistosta riippumattomia reaaliaikaisia ulostuloja (näytteenottotaajuus >20 Hz), jotka mahdollistavat alalla yleisesti käytettyjen tiedonkeruulaitteiden ja -ohjelmistojen käytön mittaustiedon tallentamiseen.

Perusjärjestelmään kuuluu seuraavien laitteiden seuranta

• Magneettivuomittari molemmilla käyttötavoilla
• Elektroninen kaltevuusmittari kourun pohjan kaltevuuden mittaamiseen
• Kuljettimen asento
• Elektroninen painemittari paineen jakautumisen mittaamiseen (tällä hetkellä 10 paineanturia, mutta niitä on helppo kiinnittää lisää)
• Elektroninen paine-eroanturi
• Termistorianturi veden lämpötilan mittaamiseen
• Virtauskourun yläpuolella olevan vesialtaan vedenpinta käyttötavalla B

Muita arvoja, kuten lämmönjohtokykyä, sameutta, virtausvoimaa jne. voi tallentaa saman tallennusjärjestelmän avulla. Jotkut laitteista, kuten akustinen siivikko, on yhdistetty laitekohtaisiin ohjelmiin/tallennusjärjestelmiin.