Proof of Concept (FENG)

Tytuł projektu: Nowe polimerowe systemy sensoryczne typu Pressure Sensitive Paints do testów aerodynamicznych na potrzeby dokładnego prognozowania wpływu konstrukcji budowlanych na ryzyko występowania niekorzystnych zjawisk atmosferycznych oraz komfort wiatrowy przechodniów na terenach zurbanizowanych

 #FunduszeEuropejskie

Opis projektu: Celem projektu jest dalszy rozwój technologii znakowanych luminescencyjnie, żelowych systemów typu Solvent Quenched Pressure Sensitive Paints (SQ-PSP) oraz przygotowanie jej do wdrożenia w obszarze testów aerodynamicznych tzw. budynków wysokościowych, ze względu na znaczący wpływ takich konstrukcji na występowanie niekorzystnych zjawisk atmosferycznych oraz komfort wiatrowy przechodniów w centrach dużych miast. Zagadnienia te obejmują więc przede wszystkim wpływ dużego zagęszczenia tzw. budynków wysokościowych na występowanie takich zjawisk jak smog, wiry powietrzne oraz gwałtowne zjawiska pogodowe na terenach silnie zurbanizowanych i w ich bezpośrednim sąsiedztwie. Prace przewidziane w ramach projektu można podzielić na prace badawcze oraz rozwojowe. Te pierwsze obejmują optymalizację formulacji kompozycji fotoutwardzalnych stosowanych do przygotowania systemów SQ-PSP oraz badania spektroskopowe, a także kalibrację ciśnieniową i temperaturową tych systemów w warunkach aerodynamicznych. Prace rozwojowe obejmują natomiast testy aplikacyjne opracowanych systemów SQ-PSP w tunelach aerodynamicznych, zarówno w postaci prostych testów kalibracyjnych jak również zaawansowanych badań modelowego otoczenia aerodynamicznego konstrukcji budowlanych w dużych centrach miejskich. W celu ujednolicenia metodyki pomiarowej dla tuneli aerodynamicznych stosowanych na całym Świecie testy aplikacyjne technologii SQ-PSP będą prowadzone w tunelach znajdujących się w różnych ośrodkach badawczych na Świecie m.in. w tunelu Laboratorium Inżynierii Wiatrowej Politechniki Krakowskiej oraz tunelu Katedry Inżynierii Lądowej, Chemicznej i Środowiska Uniwersytetu Genueńskiego (DICCA – University of Genoa Wind Tunnel). W ramach prac rozwojowych zaplanowano również przygotowanie fotoutwardzalnych kompozycji SQ-PSP wraz z odpowiednim oprzyrządowaniem w formie realnego produktu, który można w łatwy sposób poddać komercjalizacji, co stanowić będzie preludium do wprowadzenia tej technologii na rynek.

Opis wyników projektu: Projekt obejmował opracowanie, optymalizację składu i weryfikację nowych systemów SQ-PSP do pomiarów rozkładów ciśnienia podczas modelowych testów aerodynamicznych z obszaru inżynierii wiatrowej, począwszy od opracowania nowych sensorów luminescencyjnych, aż po ich testy aplikacyjne w tunelach aerodynamicznych. W etapie laboratoryjnym zidentyfikowano różne mechanizmy wygaszania luminescencji (rozpuszczalnikowy i hybrydowy), wykazując, że systemy hybrydowe cechują się najwyższą czułością ciśnieniową, choć kosztem większej wrażliwości na czynniki środowiskowe. Na podstawie badań przesiewowych i kalibracyjnych wyselekcjonowano oraz zoptymalizowano kilka systemów SQ-PSP, z których tylko nieliczne wykazywały wystarczającą czułość i stabilność temperaturową. Testy porównawcze potwierdziły, że część systemów działała na granicy czułości, natomiast najlepsze układy (szczególnie PSP-Tb) osiągały średnie błędy pomiaru poniżej 10% względem klasycznych czujników punktowych. Wstępne testy aplikacyjne na modelach brył i budynków wykazały, że tylko system PSP-Tb spełnia wymagania dokładności w pełnym zakresie ciśnień przy niskiej turbulencji, podczas gdy pozostałe systemy były użyteczne jedynie w ograniczonych zakresach. Zaawansowane testy miejskie potwierdziły możliwość stosowania PSP-Tb do analizy średnich rozkładów ciśnienia, komfortu wiatrowego i identyfikacji obszarów sprzyjających zjawiskom aerodynamicznym, jednak ujawniły istotne ograniczenie w postaci długiego czasu odpowiedzi. Ostatecznie wykazano, że opracowany system SQ-PSP stanowi obiecującą alternatywę dla klasycznych czujników punktowych w badaniach inżynierii wiatrowej, przy jasno zdefiniowanym zakresie stosowalności i kierunkach dalszych badań. Hipoteza badawcza postawiona w Projekcie została pozytywnie zweryfikowana, na podstawie testów aerodynamicznych. W ramach projektu opracowano systemy Solvent Quenched Pressure Sensitive Paints, które mogą zostać z powodzeniem zastosowane do mapowania rozkładu ciśnienia na powierzchniach badanych modeli w trakcie testów aerodynamicznych konstrukcji budowlanych.