POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki AUTOREFERAT Załącznik nr 1 do wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego w dziedzinie nauk technicznych w dyscyplinie mechanika Autor: dr inż. Renata Gnatowska Instytut Maszyn Cieplnych Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechnika Częstochowska Częstochowa, luty 2019
Spis treści: I. Kwestionariusz osobowy... 3 II. II.1. Autoreferat dotyczący dorobku i osiągnięć naukowo-dydaktycznych oraz organizacyjnych... 4 Opis dotyczący osiągnięcia naukowego wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. 2016 r. poz. 882 ze zm. w Dz. U. z 2016 r. poz. 1311.).... 4 II-2. Opis dotyczący pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych niewymienionych w punkcie II.1.. 17 II-3. Recenzowanie publikacji w czasopismach międzynarodowych i krajowych 36 II-4. Międzynarodowe i krajowe projekty badawcze oraz prace zlecone.. 37 II-5. Nagrody i wyróżnienia....... 38 II-6. Współpraca międzynarodowa.... 40 II-7. Członkostwo w organizacjach naukowych. 41 II-8. Szkolenia i staże.. 41 II-9. Działalność organizacyjna. 42 II-10. Działalność popularyzująca naukę.. 43 II-11. Opis osiągnięć dydaktycznych 44 Załącznik nr 1 - str. 2
dr inż. Renata Gnatowska Częstochowa, luty 2019 Instytut Maszyn Cieplnych Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechnika Częstochowska I. Kwestionariusz osobowy Imię i Nazwisko: Renata Urszula Gnatowska Data i miejsce urodzenia: 21.10.1976 Radomsko Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku uzyskania nauczyciel przedmiotów technicznych w szkolnictwie zawodowym, 2010 Politechnika Częstochowska, Międzywydziałowe Studium Kształcenia i Doskonalenia Nauczycieli. doktor nauk technicznych w dyscyplinie naukowej Mechanika, 2006 Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, tytuł rozprawy: Interferencja zjawisk niestacjonarnych przy opływie układu sztywnych prętów. promotor pracy: dr hab. inż. Alicja Jarża, prof. PCz. nauczyciel przedmiotów technicznych w szkolnictwie wyższym, 2005 Politechnika Częstochowska, Międzywydziałowe Studium Kształcenia i Doskonalenia Nauczycieli. magister inżynier Inżynieria Środowiska, 2000 specjalność:, Ogrzewnictwo, wentylacja i ochrona atmosfery Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska. Przebieg pracy zawodowej: IX.2014 obecnie II.2010 obecnie X.2006 I.2010 X.2001 IX.2006 X.2000 IX.2001 Instytut Maszyn Cieplnych, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Politechnika Częstochowska, Kierownik Zakładu Mechaniki Płynów i Maszyn Przepływowych Instytut Maszyn Cieplnych, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Politechnika Częstochowska, adiunkt Instytut Maszyn Cieplnych, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Politechnika Częstochowska, asystent Instytut Maszyn Cieplnych, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Politechnika Częstochowska, doktorant Katedra Inżynierii Energii, Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska, Politechnika Częstochowska, stażysta Załącznik nr 1 - str. 3
dr inż. Renata Gnatowska Częstochowa, luty 2019r. Instytut Maszyn Cieplnych Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechnika Częstochowska II. Autoreferat dotyczący dorobku i osiągnięć naukowodydaktycznych oraz organizacyjnych II.1. Opis dotyczący osiągnięcia naukowego wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. 2016 r. poz. 882 ze zm. w Dz. U. z 2016 r. poz. 1311.) Osiągnięcie naukowe stanowi cykl publikacji powiązanych tematycznie z lat 2007-2018, na który składa się 10 publikacji naukowych, w tym 6 to artykuły z listy A MNiSW, zamieszczone w czasopismach z bazy Journal Citation Reports (JCR), a 4 to artykuły opublikowane w materiałach konferencji międzynarodowych, indeksowanych w Web of Science (WoS) i Scopus. Tytuł głównego osiągnięcia naukowego: Modelowanie dynamiki zjawisk niestacjonarnych w otoczeniu obiektów prostopadłościennych o ostrych krawędziach Lista publikacji stanowiących osiągnięcie naukowe: [A1] [A2] [A3] Gnatowska, R. (2008). Synchronization phenomena in systems of bluff-bodies. International Journal of Turbo and Jet Engines, 25(2), 121-128 (100%) lista A MNiSW, IF 0.295, 10 pkt. https://doi.org/10.1515/tjj.2008.25.2.121 Gnatowska, R. (2008). Aerodynamic characteristics of two-dimensional sharpedged objects in tandem arrangement. Archives of Mechanics, 60(6), 475-490. (100%) lista A MNiSW, IF 0.519, 20 pkt. Gnatowska, R. (2011). Aerodynamic characteristics of three-dimensional surface-mounted objects in tandem arrangement. International Journal of Turbo and Jet Engines, 28(1), 21-29. (100%) lista A MNiSW, IF 0.025, 15 pkt. Załącznik nr 1 - str. 4
https://doi.org/10.1515/tjj.2011.004 [A4] [A5] [A6] [A7] [A8] [A9] Gnatowska, R. (2015). A Study of Downwash Effects on Flow and Dispersion Processes around Buildings in Tandem Arrangement. Polish Journal of Environmental Studies, 24(4) (100%) lista A MNiSW, IF 0.79, 15 pkt. https://doi.org/10.15244/pjoes/40272 Moryń-Kucharczyk, E., Gnatowska, R. (2007). Pollutant dispersion in flow around bluff-bodies arrangement. In Wind Energy (pp. 49-53). Springer, Berlin, Heidelberg. (60%) (WoS, Scopus) https://doi.org/10.1007/978-3-540-33866-6_9 Gnatowska, R., Sosnowski, M., & Uruba, V. (2017). CFD modelling and PIV experimental validation of flow fields in urban environments. In E3S Web of Conferences (Vol. 14, p. 01034). EDP Sciences. (60%) (WoS, Scopus) https://doi.org/10.1051/e3sconf/20171401034 Gnatowska, R., Kellnerová, R., & Uruba, V. (2018). Flow Dynamics in the Vicinity of Tandem Buildings. EPJ Web of Conferences 180, 02029 (2018) (70%) (WoS, Scopus) https://doi.org/10.1051/epjconf/201818002029 Gnatowska, R. (2018). Wind-induced pressure loads on buildings in tandem arrangement in urban environment. Environmental Fluid Mechanics, (100%) lista A MNiSW, IF 1.846, 25 pkt https://doi.org/10.1007/s10652-018-9646-0 Gnatowska, R. (2018). Effect of inlet conditions for numerical modelling of the urban boundary layer. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1922, No. 1, p. 110008). AIP Publishing. (100%) (WoS, Scopus) https://doi.org/10.1007/s10652-018-9646-0 [A10] Sobczyk, J., Wodziak, W., Gnatowska, R., Stempka, J., & Niegodajew, P. (2018). Impact of the downstream cylinder displacement speed on the hysteresis limits in a flow around two rectangular objects in tandem PIV study of the process. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 179, 184-189. (25%) lista A MNiSW, IF 2.689, 40 pkt. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2018.05.022 Załącznik nr 1 - str. 5
Opis osiągnięcia naukowego Wstęp Przedstawiony do oceny cykl prac zawiera wyniki badań eksperymentalnych i numerycznych wzajemnego oddziaływania aerodynamicznego i obciążeń wiatrowych brył, będących modelami fragmentu obszaru zabudowanego. Analizowane zagadnienia mieszczą się w obszarze aerodynamiki środowiska, a podjęta tematyka dotyczy w szczególności badań: interferencji aerodynamicznej obiektów, komfortu wiatrowego obszarów zabudowanych, obciążeń ciśnieniowych na ścianach obiektów, struktury atmosferycznej warstwy przyziemnej. Analiza tych zjawisk przepływowych, których poznanie wymagało zastosowania specjalistycznych narzędzi i odpowiednio dobranej metodyki badań naukowych, skutkowało zdobyciem i poszerzeniem wiedzy na temat dynamiki zjawisk przepływowych w otoczeniu obiektów prostopadłościennych zanurzonych w warstwie przyziemnej, ze szczególnym uwzględnieniem warunków przepływowych występujących w obszarach zabudowanych. Rosnące oczekiwania dotyczące ochrony środowiska, komfortu wiatrowego w obszarach zabudowanych na poziomie pieszych oraz kryteriów bezpieczeństwa w odniesieniu do obciążenia wiatrem konstrukcji powodują, że zagadnienia te od lat są przedmiotem zainteresowania wielu ośrodków badawczych, a obecnie stanowią nie tylko ważny problem poznawczy silnie związany z mechaniką płynów, ale dodatkowo mają duże znaczenie aplikacyjne. Współczesne tendencje do projektowania coraz wyższych, smuklejszych albo o nietypowych kształtach obiektów powodują konieczność precyzyjnej analizy zjawisk przepływowych w ich otoczeniu. Dodatkowo, sąsiedztwo innych budynków generuje zjawiska związane z oddziaływaniem wiatru w terenach zabudowanych, wynikające m.in. z interferencji aerodynamicznej, czy przyspieszenia i zmian kierunku przepływu wiatru. Złożoność zjawisk przepływowych w atmosferycznej warstwie przyziemnej (ABL z ang. Atmospheric Boundary Layer) wynika przede wszystkim z utraty stabilności, lokalnych efektów termicznych oraz trójwymiarowości, wywołanej m.in. kształtem obiektów i ich otoczenia. Na cechy złożonego pola prędkości generowanego przez obiekty naziemne wpływają ponadto warunki napływowe w obszarze zabudowanym. Zespół tych czynników powodować może duże zróżnicowanie kinematyki ruchów wiatrowych, na którą w najogólniejszym przypadku, składają się zjawiska oderwania, recyrkulacji i przylgnięcia, a także ich wzajemne oddziaływania, co dla specyficznych konfiguracji obiektów może powodować znaczne zmiany średniej i chwilowej prędkości wiatru. Niewystarczająca znajomość fizyki złożonych zjawisk przepływowych jest Załącznik nr 1 - str. 6
przyczyną, dla której w analizie komfortu wiatrowego przyjmuje się najczęściej uproszczone kryteria. Powszechnie stosowana jest tzw. efektywna prędkość wyznaczona w oparciu o wartość średnią oraz średniokwadratową oscylacji prędkości, z pominięciem zjawisk wielkoskalowych (podmuchy wiatru oraz oscylacje wywołane opływem obiektów naziemnych). Cel omawianego cyklu prac wynika zarówno z konieczności poznania fizyki zjawisk niestacjonarnych przepływu w otoczeniu obiektów prostopadłościennych o ostrych krawędziach, będących modelami fragmentu obszaru zabudowanego oraz wyznaczenie ich charakterystyk aerodynamicznych przy zastosowaniu zaawansowanych eksperymentalnych i numerycznych metod modelowania. Należy podkreślić, że wymagają one odpowiedniej wiedzy i umiejętności w ich stosowaniu oraz interpretacji wyników. Wzbogacenie wiedzy o warstwie przyziemnej w strefie zabudowanej stanowi istotny postęp w zrozumieniu zjawisk wpływających na obciążenie wiatrem konstrukcji oraz komfort wiatrowy w obszarach zabudowanych. Tematyka badawcza realizowana w pracy doktorskiej W czasie realizacji mojej pracy doktorskiej (lata 2002-2006), której tematyka skupiała się wokół zagadnień oddziaływania śladów aerodynamicznych generowanych przez dwa sąsiadujące ze sobą pręty ostrokrawędziowe, analizowałam zjawiska towarzyszące opływowi obiektów. Badany układ, tj. konfiguracja typu tandem dwóch sztywnych prętów umiejscowionych jeden za drugim, jest często spotykaną sytuacją przepływową, w której aerodynamiczna interferencja obiektów ujawnia się w sposób szczególnie wyraźny. Motywem przewodnim przeprowadzonych prac była próba określenia, w jakim stopniu parametry geometryczne takiego układu wpływają na zmienną w czasie strukturę opływu obiektów i zachodzące procesy obciążeń aerodynamicznych. Elementy oryginalności rozprawy doktorskiej tkwią przede wszystkim w identyfikacji zjawisk towarzyszących poszczególnym stanom dynamicznym, które analizowane były w oparciu o kompletne dane dotyczące zarówno niestacjonarnego przepływu wokół obiektów, jak i czasowej zmienności obciążeń aerodynamicznych. Takie podejście do problemu interferencji obiektów badanego układu pozwoliło usystematyzować opis kolejnych stanów dynamicznych. Podsumowanie wyników pracy doktorskiej zaprezentowano na konferencji XVII KKMP w 2006 roku oraz opublikowano w artykule (Jarża & Gnatowska, 2006). Badania naukowe realizowane w ramach cyklu prac Układ obiektów tandem charakteryzujący się obecnością silnych, zsynchronizowanych oscylacji śladów pola prędkości i ciśnienia poddany został rozszerzonym, wnikliwym badaniom. Celem nowych prac badawczych była analiza periodycznych zjawisk przepływowych charakteryzujących się zgodnością częstotliwościową oraz fazową w całej przestrzeni wokół układu, o geometrii opisanej 5 < s/b < 6.5, gdzie wielkość B oznacza szerokości obiektów, a s jest zdefiniowana, jako odległość między ich środkami. W sytuacji tej oba obiekty generują sprzężone ścieżki Załącznik nr 1 - str. 7
wirowe. Wyniki przedstawione w pracy [A1] stanowić mogą podstawę usystematyzowanego opisu procesów synchronizacji rezonansowej typu lock-on dla obiektów prostopadłościennych w układzie typu tandem. Najważniejszym, oryginalnym wynikiem tych badań, była analiza dynamicznego sprzężenia śladów aerodynamicznych, które zostało zidentyfikowane w efekcie zastosowania metod analizy spektralnej oraz korelacyjnej sygnałów prędkości i ciśnienia. Charakter zaobserwowanych zmian jest zgodny z rezultatami wcześniejszych prac (Havel, Hangan, & Martinuzzi, 2001; Martinuzzi & Havel, 2000), jednakże rozszerzenie zakresu badań na określenie cech niestacjonarności i analizę chwilowych obrazów przepływu wokół badanych obiektów umożliwiło poznanie szeregu dotychczas nieznanych zjawisk. Dotyczy to szczególnie stopnia współzależności zjawisk przepływowych generowanych wokół każdego z elementów układu, które określić można na podstawie rozkładów funkcji korelacji. Stan synchronizacji (s/b = 5 i s/b = 6) charakteryzuje wysoki poziom interkorelacji sygnałów. Ponadto w pracy [A1] analiza synchronizacji schodzenia wirów oraz wyjaśnienie jej mechanizmów była przeprowadzona z wykorzystaniem symulacji numerycznych będących uzupełnieniem wcześniejszych badań. Uwagę skoncentrowano tu na wzajemnym oddziaływaniu wirów sprzężonych w fazie i przeciw-fazie pojawiających się za pierwszym i drugim obiektem. Wyjaśnienie złożonej dynamiki przepływu i mechanizmu synchronizacji rezonansowej stanowi ważny element poznawczy omawianej pracy. Moje zainteresowania naukowe dotyczące modelowanie zjawisk niestacjonarnych w otoczeniu obiektów naziemnych rozwijane były podczas realizacji badań w ramach międzynarodowego projektu zatytułowanego Modelowanie lokalnego klimatu wiatrowego, jako element planowania przestrzennego obszarów zurbanizowanych (decyzja nr 167/N-COST/2008/0) realizowanego w ramach programu COST C20. Zakres tych badań obejmował złożony program badawczy, obejmujący określenie cech niestacjonarności i analizę chwilowych obrazów przepływu wokół badanych obiektów oraz detekcję szeregu interesujących zjawisk. Dotyczy to szczególnie różnych form niestacjonarności, których charakter zależy od geometrii układu. Głównym celem przeprowadzonych prac badawczych było stwierdzenie, w jakim stopniu parametry geometryczne układu wpływają na zachodzące wokół nich procesy przepływowe. Wyniki prac badawczych, dotyczące określenia zależności między nieustalonym polem prędkości wokół badanej konfiguracji typu tandem, a zmiennością charakterystyk aerodynamicznych obiektów o ostrych krawędziach, opublikowałam w pracach [A2, A3]. Uzyskane rezultaty uzupełniły dotychczasową wiedzę na temat oddziaływań obiektów prostopadłościennych o informację, że dynamika pola przepływu kształtowanego obecnością prętów zmienia się w sposób zależny od struktury ich śladów aerodynamicznych, które oddziałując na siebie powodują wyższy poziom obciążeń ciśnieniowych. Szczegółowe wnioski zostały sformułowane w wyniku obserwacji rozkładów fluktuacji ciśnienia na ścianach opływanych prętów dla różnych odległości s/b. Dla s/b < 4, któremu towarzyszy obecność quasi ustalonych wirów w przestrzeni między prętami, wartość współczynnika fluktuacji ciśnienia C p (C p = prms/pd gdzie: prms Załącznik nr 1 - str. 8
z ang. root mean square, wartość średniokwadratowa ciśnienia powierzchniowego, pd - ciśnienie dynamiczne w przepływie) na powierzchni pręta usytuowanego od strony napływu jest niewielka i stała na wszystkich ścianach obiektu. Ponadto, warstwa odrywająca się na krawędziach pierwszego obiektu przylega do bocznych powierzchni drugiego, gdzie ponownie odrywa się formując ścieżkę wirową. W efekcie, przepływ wokół pręta zawietrznego oscyluje, a współczynnik fluktuacji ciśnienia C p w tym przypadku osiąga nieco wyższe wartości. Po przekroczeniu granicznej wartości, tj. dla s/b > 4, proces okresowego pojawiania się wirów widoczny jest na dwóch prętach, co pociąga za sobą wysokoamplitudowe fluktuacje przepływu w ich śladach. W konsekwencji, fluktuacje ciśnienia osiągają wysoką wartość na bocznych i tylnych ścianach pierwszego jak i drugiego obiektu. Ponadto, generowany obecnością pierwszego obiektu wysoki poziom turbulencji stymuluje intermitentne przylgnięcie warstwy oddzielonej na pierwszym obiekcie do ścian bocznych obiektu drugiego. Analiza spektralna oraz korelacyjna sygnałów ciśnieniowych zmierzonych w różnych punktach na powierzchni obiektów dostarczyły informacji o składowych oscylacyjnych ciśnienia (zależnie od dystansu s/b). W przypadku niewielkich odległości między obiektami (s/b = 1.5-2) okresowość sygnałów ciśnieniowych na ścianach bocznych jest wynikiem przenoszenia oscylacji generowanych przez wiry schodzące z drugiego obiektu. W rezultacie obserwuje się pełną zgodność częstotliwości i faz sygnałów rejestrowanych na powierzchniach bocznych obu prętów. Stanowi, który charakteryzuje się występowaniem quasi-ustalonych struktur wirowych zamkniętych w przestrzeni między obiektami (s/b = 3), towarzyszy brak korelacji rozważanych tu sygnałów. Stan synchronizacji (s/b = 5 i s/b = 6) charakteryzuje wysoki poziom interkorelacji ciśnienia, podobnie jak miało to miejsce w przypadku korelacji sygnałów prędkościowych analizowanych w pracy [A1]. W ramach wymienionego wyżej projektu badawczego przeprowadziłam ponadto badania poświęcone analizie struktury przepływu wokół modelu zabudowy złożonego z dwóch ustawionych w linii prostopadłościanów o zróżnicowanej wysokości i odległości. Były one realizowane pod kątem komfortu wiatrowego, z zastosowaniem metody modelowania eksperymentalnego i numerycznego. Wyniki tych badań opublikowałam w pracy [A3], w której szczególną uwagę poświęciłam ocenie roli, jaką odgrywają oscylacje przepływu generowane procesem schodzenia wirów, jako czynnika stymulującego obciążenia aerodynamiczne. Przeprowadzone badania eksperymentalnonumeryczne miały na celu przede wszystkim uzupełnienie istniejącego stanu wiedzy na temat interakcji obiektów umiejscowionych na podłożu, ze szczególnym uwzględnieniem zróżnicowanej ich wzajemnej wysokości w zakresie H1/H2 = 0.6 1.2, gdzie H1 wysokość obiektu pierwszego, H2 wysokość obiektu drugiego. Prace eksperymentalne służyły głównie weryfikacji obliczeń numerycznych, które przeprowadziłam z wykorzystaniem stacjonarnych (RANS) i niestacjonarnych (urans) metod modelowania przepływów turbulentnych. Sprzężenie dwóch technik badawczych poprawiło efektywność i umożliwiło rozszerzenie zakresu analizowanych parametrów. Przeprowadzone w ramach tej pracy badania potwierdziły silnie niestacjonarny Załącznik nr 1 - str. 9
charakter przepływu w obszarze między obiektami. Najważniejszym elementem nowości było wykazanie, że cechy przepływu wokół układu prostopadłościennych obiektów mogą zostać zmodyfikowane w wyniku zmiany ich parametrów geometrycznych. Z podobnych prac opublikowanych w literaturze, opisujących wpływ atmosferycznej warstwy przyziemnej (ABL) na charakterystyki opływu obiektów prostopadłościennych (Martinuzzi & Havel, 2000, 2004), wynikają wnioski potwierdzające prawidłowość uzyskanych przeze mnie wyników. Na podstawie prezentowanych w pracy [A3] wizualizacji oraz analizy wyników obliczeń numerycznych dotyczących pola prędkości i naprężeń stycznych, zaobserwowano odmienny charakter niestacjonarnych cech przepływu w zależności od wysokości względnej obiektów, a także stopnia ich zanurzenia w warstwie. Wzrost wartości parametru H/δ, definiowanego jako stosunek wysokości obiektu do grubości warstwy (δ), wyraźnie sprzyja wzmacnianiu amplitudy oscylacji przepływu, co jest widoczne zwłaszcza za obiektem zawietrznym. Wskazało to na konieczność zastosowania niestacjonarnej metodyki modelowania przepływu wokół obiektów. Uzyskane w wyniku metody urans rezultaty pozwoliły poprawnie określić wpływ interakcji obiektów na pole przepływu. Znajomość charakterystyk przepływu odgrywa również istotną rolę w kształtowaniu komfortu wiatrowego, istotnego z punktu widzenia warunków zdrowotnych i bezpieczeństwa obszarów zabudowanych, ponieważ determinują one proces rozprzestrzeniania zanieczyszczeń decydujący o jakości powietrza. Efektem tej części prac badawczych były publikacje [A4-A5]. Badania rozprzestrzeniania zanieczyszczeń wymagają zastosowania zaawansowanych technik pomiarowych umożliwiających m.in. określenie chwilowego stężenia zanieczyszczenia, którego dyspersja zachodzi w obszarach o złożonej geometrii w niestacjonarnym, trójwymiarowym polu prędkości. Przedstawione w pracy [A4] rezultaty badań eksperymentalnych i numerycznych pozwoliły przede wszystkim na wzbogacenie istniejącego stanu wiedzy na temat wpływu zjawisk niestacjonarnych na dyspersję zanieczyszczeń. Jako obiekt badań wybrano układ dwóch brył prostopadłościennych położonych w linii ze wspólną płaszczyzną symetrii o zróżnicowanej wysokości względnej obiektów oraz stopnia ich zanurzenia w warstwie przyściennej. Źródło emisji stanowił dwutlenek węgla wykorzystywany w badaniach, jako znacznik gazowy. Celem rozważań było określenie, jaki jest związek między strukturą przepływu w otoczeniu układu obiektów prostopadłościennych, a stężeniem znacznika gazowego. W celu zobrazowania modyfikującego przepływ oddziaływania obiektu zawietrznego wykonano także pomiary profili stężenia CO2 dla wyizolowanego, pojedynczego obiektu. W badaniach tych przeprowadzona została również analiza wpływu położenia źródła emisji na sposób rozprzestrzeniania gazu znacznikowego emitowanego w otoczeniu analizowanego układu brył. Wpływ położenia źródła emisji na sposób rozprzestrzeniania się gazu znacznikowego w otoczeniu układu obiektów typu tandem przeanalizowano dla dwóch wysokości źródła zźr = 0 i zźr = H1. Przedstawione wyniki wykazały, że odpowiedni dobór położenia i wielkości źródła emisji może pozytywnie Załącznik nr 1 - str. 10
wpłynąć na obniżenie stężenia zanieczyszczeń emitowanych w otoczeniu budynków, a co za tym idzie, na jakość powietrza w strefie przebywania ludzi. Warunki przepływowe towarzyszące konfiguracji H1/H2 = 0.6 generują tzw. efekt down-wash polegający na spływaniu po ścianie czołowej obiektu zawietrznego dużych mas powietrza, czego skutkiem jest cyrkulacja powietrza w przestrzeni między obiektami najmocniej widoczna dla układu o wartości parametru H2/δ = 1. Zwiększające się wraz z wysokością obiektów oddziaływanie obiektu zawietrznego na pole przepływu wokół badanego układu ma niewątpliwie związek z tym, że wraz ze wzrostem wysokości obiektu nawietrznego obiekt zawietrzny w coraz większym stopniu wchodzi w ślad aerodynamiczny pierwszego. Zasięg bliskiego śladu za prostopadłościennym obiektem rośnie proporcjonalnie do jego wysokości, co w przypadku wyższych elementów jest spowodowane wyższym poziomem energii kinetycznej przepływu opóźniającą jego przylgnięcie do podłoża. W sytuacji, gdy źródło usytuowane jest na wysokości obiektu nawietrznego dominujący udział w transporcie znacznika gazowego ma przepływ zewnętrzny, natomiast dla źródła położonego na wysokości gruntu gaz znacznikowy unoszony jest głównie przez przypowierzchniowe struktury wirowe. W płaszczyźnie symetrii układu największe wartości stężenia gazu znacznikowego wyższe od stężenia dla obiektu pojedynczego - notuje się dla zźr = H1 w obszarze powyżej wysokości budynku nawietrznego, natomiast dla źródła usytuowanego na podłożu wzdłuż prawie całej wysokości pierwszego elementu. W przypadku pomiarów wzdłuż krawędzi zewnętrznych modeli maksymalne wartości stężenia występują w pobliżu gruntu, przy czym dla zźr = H1 są one większe dla układu, niż dla pojedynczego obiektu, natomiast dla zźr = 0 jest odwrotnie. Należy jednak zaznaczyć, że wartości stężenia znacznika gazowego są ponad trzykrotnie większe dla zźr = 0 niż dla zźr = H1. W celu uzupełnienia tych badań, w kolejnej pracy [A5], przeprowadzono analizę procesu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w warunkach silnych oscylacji wywołanych obecnością prostopadłościennych obiektów umieszczonych w przepływie swobodnym, któremu towarzyszy obecność efektu sprzężenia typu lock-on będącego wynikiem zjawisk niestacjonarnych. Zamieszczona w pracy dyskusja została częściowo wsparta wynikami zamieszczonymi w omawianych wcześniej pracach [A1-A2], w których omówione zostały różne stany dynamiczne przepływu dla krytycznych odległości (s/b) między obiektami. Przedstawione w pracy [A5] wyniki sugerują, że na dyspersję zanieczyszczeń istotny wpływ ma składowa oscylacyjna prędkości. W efekcie, dla kolejnych odległości obserwuje się odmienne rozkłady stężenia zanieczyszczenia. W przypadku s/b = 2 obszar podwyższonego stężenia występuje wyraźnie poza układem, podczas gdy wraz ze wzrostem odległości między obiektami maksymalne wartości stężenia przemieszczają w stronę osi układu obiektów (wewnątrz obszaru między nimi), a następnie (s/b = 6) stężenie zanieczyszczenia wyrównuje się na całej szerokości przestrzeni między obiektami. Stwierdzono, że proces transportu zanieczyszczeń jest intensyfikowany przez okresową składową prędkości, generowaną w przepływie wokół układu obiektów, przy czym szczególnie jest to widoczne w przypadku krytycznego odstępu między obiektami (4 < s/b < 6.5). Załącznik nr 1 - str. 11
Problematyka dyspersji zanieczyszczeń w obszarach zabudowanych jest interesująca nie tylko z poznawczego punktu widzenia, ale ma też duże znaczenie praktyczne. W tym zakresie nawiązałam współpracę z Instytutem Termomechaniki Czeskiej Akademii Nauk w Pradze, z którym wspólnie złożyłam wniosek o finansowanie projektu, w zakresie współpracy bilateralnej, zatytułowany Modelowanie przepływów środowiskowych w obszarach zabudowanych na konkurs ogłoszony przez Narodową Agencję Wymiany Akademickiej (NAWA) w czerwcu 2018r. Tematyka przepływu powietrza w otoczeniu obiektów zanurzonych w aerodynamicznej warstwie przyziemnej została również włączona do wcześniejszego programu badań w ramach projektu bilateralnego z Instytutem Termomechaniki Czeskiej Akademii Nauk w Pradze pt. Modelowanie złożonych, niestacjonarnych przepływów realizowanego w latach 2013-2014. W ramach tego projektu odbyłam staż naukowo-badawczy, w ramach którego pracowałam w zespole Prof. Vaclava Uruby. Prowadzone wspólnie badania miały na celu analizę struktury przepływu wokół układu typu tandem dwóch brył prostopadłościennych charakteryzujących się obecnością efektu downwash (H1/H2 = 0.6), a efekty tych prac opublikowano w czasopismach indeksowanych przez WoS i Scopus [A6, A7]. Dzięki zastosowaniu metody Time-Resolved PIV (TR-PIV) możliwe było zidentyfikowanie różnego rodzaju struktur wirowych w otoczeniu dwóch brył prostopadłościennych. Uzyskane wyniki jednoznacznie wskazały, że przepływ nie wykazuje zaburzonego charakteru nad budynkami, podczas gdy w przestrzeni między nimi widoczny jest bardzo silny wir. Zamieszczona w pracy szczegółowa analiza obrazów PIV, pozwoliła wykazać silnie trójwymiarową strukturę przepływu w tym rejonie z istotną składową prędkości w kierunku pionowym. Obserwacje te zostały uzupełnione i rozszerzone badaniami opublikowanymi w pracy [A7], w której charakterystyka dynamiki przepływu została zbadana z zastosowaniem metody POD (Proper Orthogonal Decomposition). W pracy tej zastosowano modyfikację klasycznej metody POD zaproponowaną przez Sirovicha (Sirovich, 1987), za pomocą której uzyskuje się informacje przestrzenne o dominujących modach w przepływie. W pracy zawarto szczegółowy opis stanów przepływowych dominujących w obszarze między modelami budynków w układzie tandem. Dynamiczne zachowanie wirów wpływa znacząco na dyfuzję w przestrzeni między budynkami. Analizowane przeze mnie niestacjonarne zjawiska w otoczeniu obiektów prostopadłościennych są istotne nie tylko z punktu widzenia komfortu wiatrowego, ale również obciążeń aerodynamicznych (ciśnieniowych) wywołanych przez wiatr na obiekty naziemne. W dostępnej literaturze brak jest prac poświęconych pogłębionej analizie nieustalonych obciążeń ciśnieniowych budynków. Wykorzystując zgromadzoną i opisaną powyżej wiedzę i doświadczenia podjęłam badania tego typu oddziaływań, których wyniki opisane zostały w pracy [A8]. Praca zawiera wyniki badań eksperymentalnych z zastosowaniem szybkozmiennych przetworników ciśnienia oraz dane pochodzące z obliczeń numerycznych (RANS i URANS) dotyczące zmiennych obciążeń ciśnieniowych wywołanych wiatrem napływającym z różnych kierunków na dwa modele budynków w układzie tandem. Uzyskane w ramach badań wyniki wykazały Załącznik nr 1 - str. 12
podobny charakter zmienności analizowanych parametrów przepływowych i rozkładów współczynnika ciśnienia Cp, definiowanego jako Cp = p/pd gdzie: p - ciśnienie powierzchniowe, pd - ciśnienie dynamiczne w przepływie, wraz ze zmianą odległości między obiektami (s/b = var) do rezultatów obserwowanych w poprzednich pracach dotyczących obiektów prostopadłościennych rozważanych, jako obiekty nieskończenie wysokie [A1, A2]. Dodatkowo, przedstawiona w artykule [A8] analiza eksperymentalnonumeryczna wykazała, że zarówno kąt napływu wiatru, jak również odległość między obiektami powoduje zmianę rozkładów ciśnienia Cp, co ma znaczący wpływ na lokalne obciążenie aerodynamiczne na ścianach obiektów. Zwiększenie odległości między obiektami ma korzystny wpływ na średnie wartości ciśnienia na przedniej ścianie drugiego obiektu. Z drugiej strony wykazano, że wzrost odległości między obiektami intensyfikuje okresową zmienność ciśnienia na obiekcie zawietrznym, co jest efektem wzrostu poziomu turbulencji w obszarze między obiektami. Analiza zjawisk niestacjonarnych w otoczeniu modeli obiektów naziemnych wymaga właściwego modelowania atmosferycznej warstwy przyziemnej (ABL). Problemowi temu poświęcono wiele uwagi, czego dowodem są m.in. prace (Aly, 2014; Cermak, 1982; Kuznetsov et al., 2017; Richards & Norris, 2015). Modelowanie ABL w tunelach aerodynamicznych jest dobrze poznaną i ugruntowaną w praktyce inżynierskiej procedurą badawczą. Jednak dotychczas prowadzone prace w tym zakresie zakładały konieczność zastosowania znacznych rozmiarów komory pomiarowej, w które wyposażone są tzw. tunele środowiskowe. W związku z niewystarczającą liczbą takich tuneli, oraz wysokimi kosztami ich eksploatacji, od niedawna zaczęły powstawać prace skupiające się na próbie generacji poprawnych warunków wlotowych (ABL) w tunelach o znacznie krótszym wybiegu. Tematykę tę podjęłam w ramach grantu badawczego NCN zatytułowanego Opracowanie metody generacji atmosferycznej warstwy przyziemnej (ABL) w krótkich tunelach wiatrowych o numerze NCN 2017/01/X/ST8/00076. W tym zakresie nawiązałam też współpracę z Instytutem Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, w ramach której zleciłam wykonanie części pomiarów eksperymentalnych w tunelu aerodynamicznym z możliwością wytwarzania dynamicznych zaburzeń przepływu (symulacja oscylacji) wyposażonym w technikę pomiaru metodą PIV. Jednym z celów projektu było opracowanie i zaprojektowanie generatora atmosferycznej warstwy przyziemnej (ABL) w warunkach uwzględniających nieustalony charakter przepływu w krótkich tunelach w celu właściwego odwzorowania (numerycznego i eksperymentalnego) rzeczywistego pola wiatrowego (odpowiedni profil prędkości średniej, intensywności i skali turbulencji, naprężeń Reynoldsa, widm energii w zakresach częstotliwości właściwych dla turbulencji wiatru). W trakcie realizacji projektu przeprowadzono numeryczne badania porównawcze zmierzające do określenia wpływu typu elementów generatora na parametry modelowej warstwy ABL. Efekt tych prac pozwolił na ocenę rozwoju parametrów warstwy przyściennej w całej domenie obliczeniowej (nie tylko w wybranych płaszczyznach/punktach), a uzyskane dane obliczeń numerycznych zestawiono z wynikami badań eksperymentalnych przeprowadzonych w ramach Załącznik nr 1 - str. 13
projektu. Jedną z pierwszych opublikowanych prac, będącą rezultatem tego projektu są wstępne wyniki modelowania numerycznego przepływu w krótkim tunelu aerodynamicznym z zastosowaniem metody RANS [A9], które mają służyć opracowaniu i weryfikacji numerycznej (wirtualnego) modelu tunelu aerodynamicznego przeznaczonego do oceny komfortu wiatrowego w obszarach zabudowanych. Uzyskane wyniki obliczeń CFD, w postaci podstawowych charakterystyk pola przepływu: tj. profili prędkości średniej, intensywności turbulencji, czy naprężeń Reynoldsa, wykazały zgodność z danymi eksperymentalnymi. Pracę zrealizowałam z wykorzystaniem infrastruktury PL-Grid. Analizowane zagadnienie jest na tyle innowacyjne, złożone i obszerne, że będzie kontynuowane w ramach kolejnych projektów, m.in. we wrześniu br. złożyłam wniosek o grant badawczy zatytułowany Modelowanie oddziaływania niestacjonarnych podmuchów na otoczenie wiatrowe budynków w konkursie SONATA BIS 8 ogłoszonym przez Narodowe Centrum Nauki (NCN). W ramach wymienionego wyżej projektu (NCN 2017/01/X/ST8/00076), jak również w czasie stażu naukowo-badawczego w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Pracowni Metrologii Przepływów w Krakowie, który miał miejsce na przełomie 2017/2018 roku, zrealizowano również uzupełniające badania polegające na analizie parametrów aerodynamicznych ruchomych obiektów ostrokrawędzowych umieszczonych w przepływie jednorodnym [A10]. W pracy tej badane było zjawisko histerezy pojawiające się podczas stopniowego zwiększania i zmniejszania odległości między dwoma prostopadłościennymi obiektami w układzie tandem. Szczególną uwagę poświęcono badaniu prędkości przemieszczania obiektu zawietrznego poruszającego się w śladzie aerodynamicznym. Udowodniono, że wpływ prędkości przepływu powietrza V na dolną granicę histerezy jest znikomy, a górna granica histerezy rośnie wraz ze spadkiem wartości V. Szczególnie interesująca jest obserwacja relacji pomiędzy górną granicą histerezy, a znormalizowaną prędkością cylindra (Vc/V ). Wpływ wzrostu prędkości przepływu powietrza V na spadek górnej granicy histerezy związany jest ze wzrostem różnicy ciśnienia całkowitego pomiędzy obszarem między obiektami a obszarem zewnętrznym. Opis tego ciekawego zjawiska i próba interpretacji fizykalnej będzie przedmiotem przygotowywanej obecnie publikacji pod roboczym tytułem Numerical investigation of the influence of the downstream cylinder displacement speed on the hysteresis limits in a flow around two rectangular objects, w ramach której wyniki badań eksperymentalnych zostaną uzupełnione analizą wyników symulacji numerycznych (URANS, LES) dotyczących przepływu wokół obiektów o przekroju kwadratowym i wspólnej osi równoległej do kierunku przepływu, z czego jeden z nich porusza się ruchem jednostajnym ze zróżnicowaną prędkością (V = var). Przy zmianie dystansu pomiędzy obiektami, w pewnych odległościach L/D obserwowany jest skokowy wzrost lub spadek wartości współczynnika oporu aerodynamicznego oraz towarzysząca temu nagła zmiana amplitudy i częstotliwości sygnału prędkości. Istotą zjawiska skokowej zmiany parametrów jest to, że w każdym kierunku ruchu cylindra, skok ma miejsce dla różnych odległości. W ten sposób uwidacznia się efekt histerezy, której szerokość uzależniona Załącznik nr 1 - str. 14
jest od prędkości posuwu cylindra i prędkości przepływu. Próba wyjaśnienia mechanizmu powstawania zjawiska histerezy jest podejmowana w szeregu prac badawczych, z których większość realizowana jest dla zmiennych odległości między prętami, ale bez uwzględnienia ciągłego ruchu. Plan dalszych badań W kolejnych latach planuję kontynuować badania dotyczące modelowania atmosferycznej warstwy przyziemnej (ABL). W tym celu przygotowałam grant badawczy zatytułowany Modelowanie oddziaływania niestacjonarnych podmuchów na otoczenie wiatrowe budynków i złożyłam go na konkurs SONATA BIS 8 do Narodowego Centrum Nauki (NCN). Podstawowym celem tego projektu jest analiza parametrów warstwy przyziemnej w obszarach zabudowanych dla warunków przepływowych uwzględniających nieustalony charakter pola przepływu. Zagadnienie to stanowi obecnie nie tylko ważny problem poznawczy w mechanice płynów, ale dodatkowo ma znaczenie w ochronie środowiska dla określenia tzw. obszarów dyskomfortu wiatrowego, a więc optymalizacji warunków zabudowy dla przyjętych kryteriów komfortu pieszych. Komfort wiatrowy w obszarach zabudowanych na poziomie pieszych (PLW z ang. pedestrian - level wind) jest wynikiem złożonych interakcji wielu zjawisk przepływowych i od dawna stanowi zainteresowanie ośrodków badawczych. Cel naukowy projektu wynika zatem, zarówno z konieczności poznania fizyki zjawisk jak również wykorzystania tej wiedzy do modelowania tj. opracowania metody modelowania warstwy przyziemnej, uwzględniającej występujące tam różne zjawiska wynikające z obecności turbulencji drobnoskalowej po duże skale. Zdobycie nowej wiedzy o oscylacyjnej ABL w strefie zabudowanej będzie stanowić istotny postęp w zrozumieniu zjawisk wpływających na komfort wiatrowy, umożliwi opracowanie zaleceń dotyczących struktury zabudowy oraz pozwoli na zaproponowanie nowych lub ulepszenie istniejących metod modelowania tego przepływu, ważnego z punktu widzenia naukowego i aplikacyjnego. Przeprowadzona w ramach projektu analiza będzie miała dużą wartość dla inżynierów, praktyków, ponieważ jej wymiernym efektem będzie opracowanie zestawu zaleceń dla użytkowników programów numerycznych dotyczących kompleksowego podejścia do modelowania warstwy przyziemnej. Jednym z celów planowanych w przyszłości badań będzie weryfikacja przydatności metod modelowania LES (Large Eddy Simulation) w zastosowaniu do szacowania komfortu wiatrowego obszarów zabudowanych. Symulacja numeryczna metodą LES zostanie zrealizowana za pomocą rozwijanego w Instytucie Maszyn Cieplnych akademickiego programu SAILOR z zaimplementowaną metodą immersed boundary opisaną m.in. w pracy (Tyliszczak, 2014). Załącznik nr 1 - str. 15
Do najbardziej wartościowych, z naukowego i aplikacyjnego punktu widzenia, osiągnięć przedstawionych badań można zaliczyć: opracowanie metodyki badań poświęconych analizie dynamicznych cech sprzężenia śladów aerodynamicznych w układach przepływowych typu tandem oraz wyznaczenie ich charakterystyk aerodynamicznych [A1, A2, A3]; analizę numeryczną i eksperymentalną procesu dyspersji zanieczyszczeń w obszarach zabudowanych i ocenę wpływu usytuowania budynków, a także położenia, kształtu i rozmiarów źródeł emisji na stężenie zanieczyszczeń gazowych [A4, A5]; zaplanowanie i przeprowadzenie badań eksperymentalnych, z zastosowaniem metody TR-PIV do oceny dynamiki zjawisk niestacjonarnych w otoczeniu obiektów prostopadłościennych zanurzonych w warstwie przyziemnej i analiza struktur wirowych towarzyszących opływowi tych obiektów [A6-A7]; analizę numeryczną i ocenę niestacjonarnych obciążeń aerodynamicznych ścian obiektów prostopadłościennych, stanowiących model fragmentu obszaru zabudowanego [A8], uwzględniająca analizę zmiennych obciążeń ciśnieniowych wywołanych różnym kierunkiem napływu wiatru; opracowanie metodyki modelowania i zaprojektowanie generatora modelowej przyziemnej warstwy atmosfery (ABL) w krótkich tunelach wiatrowych, z uwzględnieniem nieustalonego charakteru napływu [A9]; próbę wyjaśnienia, z wykorzystaniem badań eksperymentalnych i numerycznych, mechanizmu powstawania zjawiska histerezy podczas dynamicznej zmiany odległości między dwoma obiektami o przekroju prostokątnym w funkcji prędkości ruchu obiektów oraz prędkości przepływającego czynnika [A10]. Literatura Aly, A. M. (2014). Atmospheric boundary-layer simulation for the built environment: Past, present and future. Building and Environment, 75, 206 221. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.02.004 Cermak, J. E. (1982). Physical modeling of the atmospheric boundary layer (ABL) in long boundary-layer wind tunnels (BLWT). In Proceedings of International Workshop on Wind Tunnel Modeling Criteria and Techniques in Civil Engineering Application (pp. 97 137). Cambridge University Press Cambridge, UK. Havel, B., Hangan, H., & Martinuzzi, R. (2001). Buffeting for 2D and 3D sharp-edged bluff bodies, 89, 1369 1381. Jarża, A., & Gnatowska, R. (2006). Interference of unsteady phenomena in flow around bluff-bodies arrangement. Chemical and Process Engineering - Inzynieria Chemiczna Załącznik nr 1 - str. 16
i Procesowa, 27(3). Kuznetsov, S., Ribičić, M., Pospíšil, S., Plut, M., Trush, A., & Kozmar, H. (2017). Flow and turbulence control in a boundary layer wind tunnel using passive hardware devices. Experimental Techniques, 41(6), 643 661. https://doi.org/10.1007/s40799-017- 0196-z Martinuzzi, R. J., & Havel, B. (2000). Interfering Surface-Mounted Cubic Obstacles in Tandem. Journal of Fluids Engineering, 122(1), 24 31. Martinuzzi, R. J., & Havel, B. (2004). Vortex shedding from two surface-mounted cubes in tandem, 25, 364 372. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2004.02.003 Richards, P. J., & Norris, S. E. (2015). Journal of Wind Engineering Appropriate boundary conditions for a pressure driven boundary layer. Jnl. of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 142, 43 52. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2015.03.003 Sirovich, L. (1987). Turbulence and the dynamics of coherent structures. I. Coherent structures. Quarterly of Applied Mathematics, 45(3), 561 571. Tyliszczak, A. (2014). A high-order compact difference algorithm for half-staggered grids for laminar and turbulent incompressible flows. Journal of Computational Physics, 276, 438 467. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2014.07.043 Tyliszczak, A., Elsner, W., & Ksiezyk, M. (2016). LES-IB computations of flows with large temperature and density variations, (1), 1 2. II-2. Opis dotyczący pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych niewymienionych w punkcie II.1 Moje zainteresowania badawcze oprócz opisanej w poprzednim rozdziale tematyki, dotyczą szeregu innych zagadnień mieszczących się w obszarze nie tylko aerodynamiki środowiska i mechaniki płynów, ale szeroko pojętej inżynierii mechanicznej. W ramach tych badań stosowałam zarówno techniki eksperymentalne jak i numeryczne pozwalające na zrozumienie, poznanie, czy też opis analizowanych zjawisk. Jednym z bardziej wymagających zagadnień, które podjęłam w ostatnim czasie była eksperymentalna analiza przepływów w złożach stałych z zastosowaniem innowacyjnej metody optycznej, pozwalającej zbadać proces rozprowadzania cieczy wewnątrz złoża [1]. Ta zespołowa praca została zrealizowana w ramach grantów NCN UMO-2013/11/N/ST8/01504 oraz UMO-2014/15/B/ST8/04762, a zasadniczym jej celem było zbadanie użyteczności innowacyjnych metod optycznych do pomiaru rozpływu cieczy w złożu oraz szybkiej metody pomiaru hold-up, tj. czasu przebywania cieczy w złożu. Proponowane przez nas podejście jest alternatywą dla powszechnie stosowanej techniki tomografii komputerowej. Uzyskane w tym trudnym eksperymencie wyniki mogą być przydatne do weryfikacji zaawansowanych metod numerycznych (CFD) procesu rozprowadzania cieczy wewnątrz złoża porowatego. Zainteresowanie tą tematyką wynikało z potrzeby opisu procesu wychwytu CO2 w instalacjach absorbcji metodą aminową, rozwijanych na potrzeby energetyki. Zastosowanie optycznych metod pomiaru zatrzymywania cieczy i procesu jej rozprowadzania w złożach znajduje obecnie zastosowanie w instalacjach w skali laboratoryjnej i można oczekiwać, że efekty tak prowadzonych badań mogą być Załącznik nr 1 - str. 17
w przyszłości wykorzystane w instalacjach przemysłowych. Dlatego też, należy się spodziewać, że wyniki przedstawione w publikacji [1] są ważne dla rozwoju gospodarki energetycznej oraz przemysłu chemicznego. Wiadomym jest, że modelowanie przepływu przez tego typu złoże, czy też złoże ziarniste lub składające się z wielu drobnych elementów (np. pierścieni Raschiga, czy też kulek) jest trudnym zagadnieniem wynikającym ze sposobu ich upakowania mającym wpływ na rozpływ i zatrzymywanie cieczy w złożu. Sposób dyskretyzacji domeny obliczeniowej, która wynika z kształtu elementów tworzących wypełnienie i ich bezpośredniego kontaktu w punkcie lub linii, w konsekwencji prowadzi do słabej jakościowo siatki, a co za tym idzie wpływa na zbieżność rozwiązania numerycznego. Dlatego też wyzwaniem dla analizy tego typu zagadnień jest dobór optymalnej metody dyskretyzacji domeny obliczeniowej. W tym zakresie nawiązałam współpracę z innymi ośrodkami badawczymi (UJD w Częstochowie, IMG-PAN w Krakowie), a badania w tym kontekście prowadziłam zwłaszcza w ramach stażu naukowo-badawczego w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk w Pracowni Metrologii Przepływów, w Krakowie na przełomie 2017/2018 roku. Efektem tych prac, zaprezentowanych na międzynarodowych konferencjach naukowych oraz opublikowanych w czasopismach indeksowanych w bazach WoS i Scopus [6, 8] oraz w artykule zaakceptowanym do publikacji w JTAM [4], jest opracowanie optymalnej metody dyskretyzacji domeny obliczeniowej w analizach cieplno-przepływowych. Zalety tej metody z zastosowaniem siatki polihedralnej (POLY) ujawniają się w dokładniejszym odwzorowaniu warstwy przyściennej i lepszej zgodności obliczeń numerycznych z wynikami eksperymentalnymi. Ponadto zbieżność uzyskuje się w mniejszej liczbie iteracji, co jest znaczącą zaletą procedur obliczeniowych mających zastosowanie w praktyce przemysłowej. Zaproponowana i przetestowana w w/w pracach innowacyjna metoda wydłużenia punktu kontaktowego między elementami złoża z zastosowaniem siatki typu POLY jest zalecaną metodą dyskretyzacji domeny obliczeniowej reprezentującej złoża ziarniste, niezależnie od prędkości wlotowej (liczby Re). Podjęte przeze mnie badania zjawisk przepływowych i akustycznych oraz związanych z nimi procesów wymiany ciepła pozwoliły opracować innowacyjną metodę nieinwazyjnego gaszenia pożarów. Celem badań prowadzonych, w interdyscyplinarnym zespole przy współpracy z VŠB Technical University of Ostrava, Czech Republic, było sprawdzenie użyteczności i analiza optymalnych parametrów (częstotliwość i moc) fal akustycznych i wirów pierścieniowych do gaszenia pożarów w ich początkowych stadiach. Złożoność procesu powstawania wiru wynika z dużej liczby możliwych konfiguracji parametrów geometrycznych oraz dynamicznych, jakimi charakteryzuje się generator. Zespół tych parametrów ma bezpośredni wpływ na rozkład wektorów prędkości medium w momencie opuszczania kryzy generatora i w konsekwencji na przestrzenny rozkład cech wiru, jego wielkość i energię. Ponadto sam charakter wzbudzania wiru (przebiegu procesu kompresji medium wewnątrz urządzenia) ma kluczowy wpływ na jego generowanie. Efekty zakończonego etapu badań podsumowane zostały w pracach prezentowanych na międzynarodowych konferencjach [79, 82] Załącznik nr 1 - str. 18
i opublikowane zostały w [5]. W kolejnym etapie badań planowany jest eksperyment z wykorzystaniem wirów pierścieniowych (ang. Vortex Ring - VR) jako metody nieinwazyjnego gaszenia pożarów w ramach złożonego wniosku projektowego współpracy bilateralnej w konkursie NAWA wspólnie z VŠB Technical University of Ostrava, Czech Republic o tytule Eksperymentalne i numeryczne badania wirów pierścieniowych (2019-2020). Moje zainteresowania badawcze dotyczą również zagadnień współspalania paliw niekonwencjonalnych i ich wpływu na proces spalania oraz sprawność cieplną obiegu, jak również stabilność i równomierność pracy silnika spalinowego. Prace w tym zakresie realizowałam wspólnie z zespołem Zakładu Maszyn Tłokowych i Techniki Sterowania Instytutu Maszyn Cieplnych PCz. Badania te, polegające na analizach eksperymentalnych współspalania oleju napędowego z alkoholami (etanol, metanol, propanol, butanol), o różnym udziale, prowadzone były w silniku o zapłonie samoczynnym. Wyniki porównane zostały z badaniami silnika zasilanego samym olejem napędowym, jako paliwem referencyjnym. Stwierdzono, że najlepszym alkoholem jest metanol, który umożliwił osiągnięcie najwyższych wartości średniego ciśnienia indykowanego. Dla udziału alkoholu powyżej 55% widoczny był spadek ciśnienia indykowanego. Z przeprowadzonych badań wynika, że paliwo alkoholowe wtryskiwane do kolektora dolotowego tworzy w cylindrze silnika z olejem napędowym mieszankę paliwowo-powietrzną, która korzystnie wpływa na proces spalania, poprawiając sprawność cieplną obiegu. Wyniki tych badań eksperymentalnych opublikowano m.in. w czasopismach Thermal Science (JCR), Advances in Science and Technology Research (WoS), Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa (MNISZW B) oraz prezentowano na konferencjach naukowych [2, 14, 16, 45]. Od wielu lat interesuję się również zagadnieniami rynku energii, a zwłaszcza problematyką dotyczącą źródeł odnawialnych (OZE), w tym szczególnie mechanizmów wsparcia dla inwestycji z OZE oraz ekonomii produkcji i użytkowania energii. Efektem tych prac jest opublikowany w tym roku artykuł poświęcony ocenie aktualnego stanu polityki energetycznej w Polsce, ze szczególnym wskazaniem przyczyn ograniczania rozwoju energetyki wiatrowej odgrywającej najistotniejszą rolę spośród wszystkich OZE w elektroenergetyce krajowej. W opublikowanym w roku 2018 artykule [3] podejmuję próbę oceny mechanizmów i instrumentów wspierających wytwarzanie energii elektrycznej dla farmy wiatrowej (moc znamionowa 40 MW) zlokalizowanej na terenie Polski. Przedstawiony w pracy rachunek efektywności ekonomicznej wskazał, że w celu intensyfikowania rozwoju OZE konieczna jest stabilna polityka oraz formalno prawne uregulowania i mechanizmy ich wsparcia. Moje pozostałe prace w tematyce OZE również dotyczą ekonomicznych aspektów produkcji energii z OZE w warunkach krajowych [17,33]. W czasie mojej pracy zawodowej zrealizowałam szereg prac zleconych związanych z oddziaływaniem wiatru na nasady kominowe pracujące w układach wentylacji grawitacyjnych, dla firm KRONO-PLAST Spółka Jawna, WIRPLAST - Więcek Spółka Jawna. Doświadczenie w tym zakresie oraz prowadzone analizy zjawisk Załącznik nr 1 - str. 19
przepływowych wewnątrz i wokół nasady kominowej skutkowały opracowaniem innowacyjnej konstrukcji pozwalającej na zwiększenie podciśnienia, a więc poprawę efektywności pracy nasady w porównaniu do tradycyjnych, dostępnych na rynku rozwiązań. Zaproponowana innowacyjna konstrukcja wykorzystuje efekt Ventouri ego, w wyniku którego u wylotu z kanału wentylacyjnego powstaje strefa obniżonego ciśnienia statycznego, które intensyfikuje natężenie strumienia przepływu w kanale, co wspomaga ciąg w instalacji wentylacyjnej, na której zamontowana została nasada. Dodatkowo zastosowanie jednakowych średnic daszka i podstawy nasady zabezpiecza ją przed niekorzystnymi zawirowaniami powietrza. Efekty prac badawczych w tym zakresie są przedmiotem patentu (PAT-24/05/09/2016), a wyniki opublikowano w pracach [18, 31]. Moje doświadczenia badawcze z zakresu aerodynamiki środowiska i oddziaływania wiatru na obiekty zewnętrzne spowodowały, że zostałam zaproszona do współpracy przez zespół z Instytutu Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn PCz i opieki, jako promotor pomocniczy nad pracą Modelowanie i badania dynamiki, analiza stateczności oraz optymalizacja cyklu roboczego żurawia samochodowego Pana mgr inż. Pawła Kwiatonia, której celem jest opracowanie modelu symulacyjnego i obliczeniowego układu żuraw samojezdny z ładunkiem, wraz z analizą dynamiczną stateczności przenoszonego ładunku dla różnych stanów obciążeń i trajektorii przemieszczeń. Moja rola polega na wsparciu doktoranta w zakresie analizy wpływu oddziaływania aerodynamicznych sił zewnętrznych na dynamikę i stabilność pracy żurawia. Badania oddziaływania wiatru są zaplanowane w kolejnych etapach natomiast obecnie skoncentrowano się na zagadnieniach modelowania dynamiki układu mechanicznego żurawia samochodowego. Opracowany model symulacyjny laboratoryjnego żurawia w środowisku Matlab/Simulink, z wykorzystaniem modelu geometrycznego wykonanego w programie SolidWorks, posłużył do przeprowadzenia badań ilustrujących przebieg trajektorii, prędkości i przyspieszeń ładunku zawieszonego na końcu wysięgnika teleskopowego. Efekty zakończonego etapu prac podsumowane zostały w pracy prezentowanej na międzynarodowej konferencji [81] oraz opublikowane w Journal of Physics: Conference Series [7]. Prace, które realizowałam po obronie pracy doktorskiej (od roku 2007), których nie uwzględniłam w punkcie II-1 można podzielić na trzy grupy: Publikacje naukowe w czasopismach z listy A MNiSW, indeksowanych w bazie Journal Citation Reports (JRC), Publikacje w czasopismach z listy B MNiSW i rozdziały w monografiach, w czasopismach recenzowanych spoza list MNiSW, Pozostałe publikacje w materiałach konferencji krajowych i zagranicznych. Załącznik nr 1 - str. 20