Pracownia Metrologii Przepływów – IMG PAN – Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk

Obszarem działalności naukowo-badawczej Pracowni są metody pomiaru parametrów środowiska (prędkość, temperatura, stężenie gazów) oraz parametrów pochodnych związanych z ich czasową i przestrzenną analizą. Badania podstawowe polegają na opracowywaniu oryginalnych metod pomiaru prędkości przepływu oraz doskonaleniu znanych już metod. W efekcie tych prac powstały przyrządy pomiarowe, które znalazły zastosowanie w pomiarach (laboratoryjnych i przemysłowych) wykorzystywanych w górnictwie, składowaniu odpadów, badaniach z zakresu biologii, procesach chemicznych, pomiarach medycznych, technikach chłodzenia, klimatyzacji, czy wentylacji.

Obecnie podejmowane są próby wykorzystania nowych narzędzi badawczych, takich jak sztuczna inteligencja i data mining.

Działalność naukowa

Opracowano teorię fal cieplnych w poruszającym się przepływie gazu, który opływa periodycznie grzany cienki drut.
W oparciu o teorię fal cieplnych opracowano metodę bezwzględnego pomiaru prędkości przepływu gazu, która znajduje zastosowanie we wzorcowaniu tuneli aerodynamicznych w zakresie od 5 cm/s do 5 m/s.
Opracowano oryginalną metodę kompensacji wpływu zmian temperatury na wskazania termoanemometru. W metodzie stosuje się czujnik jednowłóknowy pracujący z periodycznie zmieniającym się w czasie współczynnikiem nagrzania włókna. Z sygnału wyjściowego termoanemometru wyznaczana jest prędkość przepływu i temperatura medium. Metoda znajduje zastosowanie w badaniach pól prędkości i temperatury w przepływach nieizotermicznych.
Opracowano nowe, oryginalne rozwiązanie termoanemometrycznego układu stałotemperaturowego. Jest to układ bezmostkowy, w którym czujnik termoanemometryczny zasilany jest czteropunktowo. Pozwala to na eliminację wpływu rezystancji kabla sondy na dokładność pomiaru. Układ posiada bardzo dobre parametry statyczne i dynamiczne i znajduje zastosowanie w precyzyjnych pomiarach termoanemometrycznych.
Opracowano oryginalny układ termoanemometru stałotemperaturowego, w którym współczynnik nagrzania zadawany jest sygnałem cyfrowym. Ten sterowany układ stałotemperaturowy znajduje zastosowanie w złożonych systemach pomiarowych pracujących w oparciu o komputer PC.
Opracowano modyfikację mostkowego układu stałotemperaturowego z kompensacją temperatury, pozwalającą na zastosowanie czujnika kompensacyjnego o dowolnej rezystancji. Modyfikacja polega na transformacji napięcia w gałęzi kompensacyjnej mostka. Rozwiązanie to pozwala na minimalizację błędów pomiarowych związanych z istnieniem gradientu temperatury w badanym medium.
Opracowano i wykonano szereg nowatorskich rozwiązań termoanemometrycznej aparatury pomiarowej do zastosowań laboratoryjnych, technicznych i przemysłowych. Są to anemometry stacjonarne i przenośne, przyrządy analogowe i mikroprocesorowe, komputerowe karty termoanemometryczne i złożone systemy pomiarowe. Aparatura ta znajduje zastosowanie w pracach badawczych i pomiarach technicznych w wielu ośrodkach w kraju i za granicą.
Opracowano i wykonano szereg typów czujników termoanemometrycznych hot-wire jedno- i wielowłóknowe do zastosowań w pracach badawczych i pomiarach laboratoryjnych w zakresie badań aerodynamicznych, termodynamiki, wymiany ciepła i masy, oraz do badań technicznych w zakresie wentylacji i klimatyzacji, badania procesów technologicznych oraz innych zagadnień. W tej dziedzinie Pracownia Metrologii Przepływów IMG PAN jest wiodącym ośrodkiem w kraju.

Opracowano metodę pomiaru kinetyki desorpcji gazów obejmującą moment początkowy tego zjawiska — wyliczono współczynniki dyfuzji dla różnych węgli (wyrzutowych i niewyrzutowych).
Opracowano hipotezę inicjacji wyrzutu węgla i gazu przy założeniu, że węgiel nasycony gazem jest ośrodkiem retrogradowym.
W oparciu o klasyczną termodynamikę procesów nieodwracalnych sformułowano równania konstytutywne węgla nasyconego gazem.
Badano stałą czasową zjawiska desorpcji gazów z węgla kamiennego — stwierdzono, że jest ona krótsza od 5 ms.
Zbudowano kilka komór umożliwiających badania mechanizmu destrukcji brykietów węglowych nasyconych różnymi gazami do ciśnienia ok. 0,7 MPa. Wyrzut inicjuje gwałtowny spadek ciśnienia gazu wolnego. Z fotografii wykonanych przy użyciu szybkich kamer wynika, że w czasie wyrzutu odrywają się od brykietu kolejne warstwy węgla, których grubość przekracza 2 mm. W czasie destrukcji rejestruje się zmiany ciśnienia gazu w porach, temperaturę i odkształcenie brykietu. Z badań wynika, że przed pojawieniem się szczeliny brykiet rozszerza się (względne odkształcenie przekracza 20%), temperatura spada o ok. 8 K, zaś pochodna czasowa ciśnienia w kolejnych punktach pomiarowych rośnie.

Patenty uzyskane w Pracowni Metrologii Przepływów

NAZWA PATENTU	TWÓRCA
Sposób pomiaru prędkości płynu za pomocą anemometru z wirującym elementem pomiarowym i anemometr z wirującym elementem pomiarowym, PL 229578, 2018	prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza
Sposób i urządzenie do identyfikacji ciał stałych, PL 228236, 2018	prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza
Sposób pomiaru prędkości przepływu cieczy i gazów oraz elektroniczny anemometr z falą temperaturową, PL 225814, 2017	prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza
Sposób wyznaczania dwuwymiarowego lub trójwymiarowego wektora prędkości przepływu cieczy i gazów oraz elektroniczny anemometr wektorowy, PL 222295, 2016	prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza
Sposób walidacji wskazań anemometru w warunkach ruchowych, PL 402058, 2016	dr inż. Paweł Jamróz z zespołem
Sposób pomiaru prędkości przepływu gazów, PL 219306, 2015	dr inż. Andrzej Rachalski
Sposób wyznaczania dwuwymiarowego lub trójwymiarowego wektora prędkości przepływu cieczy i gazów oraz elektroniczny anemometr wektorowy, PL 399353, 2015	prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza

Projekty realizowane w Pracowni Metrologii Przepływów

TEMAT PROJEKTU	KIEROWNIK
Nowatorska metoda badania wysoko-amplitudowych, szybkozmiennych przepływów pulsacyjnych — modelowanie, optymalizacja i weryfikacja eksperymentalna, 2018-2021	prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza
Badania przestrzennej propagacji oraz optymalizacja metod generacji, detekcji i analizy fal temperaturowych w aspekcie bezwglednego pomiaru predkości przepływu i dyfuzyjności cieplnej gazów, 2013-2016	prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza