Katedra za mehaniko tekočin z laboratorijem (KMT)

Najpomembnejše poslanstvo učiteljev in sodelavcev Katedre za mehaniko tekočin z laboratorijem (KMT) je izvajanje pedagoškega dela na širšem področju mehanike tekočin, saj je tovrstno osnovno znanje potrebno vsem gradbenim inženirjem ne glede na usmeritev, dodatna specializirana znanja pa potrebujejo diplomanti hidrotehnične usmeritve ter vodarstva in okoljskega inženirstva.

Podlaga katedre za uspešen pedagoški proces je kakovostno raziskovalno in strokovno delo, zato je tema področjema namenjena tudi ustrezna pozornost:

  • Člani katedre sodelujejo kot nosilna ali sodelujoča raziskovalna skupina pri raziskavah tako pri domačih temeljnih in aplikativnih razvojno-raziskovalnih projektih kot pri mednarodnih projektih v okviru evropskih okvirnih programov, čezmejnega sodelovanja ali dvostranskih projektov.
  • Razmeroma razvejano je tudi strokovno delo KMTek, v okviru katerega sodelavci izvajajo zahtevnejše računske in eksperimentalne hidravlične študije toka s prosto gladino ter v ceveh pod tlakom pretežno za naročnike v Sloveniji. V nadaljevanju je najprej podan kratek zgodovinski razvoj katedre, sledi pa še podrobnejši pregled dela na pedagoškem, raziskovalnem in strokovnem področju v zadnjih dvajsetih letih.
Pedagoško delo

Sodelavci KMTek poleg osnovnih predmetov s področja mehanike tekočin (hidromehanika in hidravlika) poučujejo tudi nekatere strokovne predmete s področja inženirske hidrotehnike, okoljskega inženirstva in osnov gradbeništva tako na univerzitetnem in visokem strokovnem študiju gradbeništva in geodezije kot na univerzitetnem študiju vodarstva in okoljskega inženirstva.

Na podiplomskem magistrskem in doktorskem študiju hidrotehnične usmeritve gradbeništva ter univerzitetnem podiplomskem študiju varstva okolja pa učitelji KMTek predavajo specializirane vsebine iz numeričnega modeliranja toka s prosto gladino in v ceveh pod tlakom, inženirsko modeliranje v okoljskem inženirstvu, posebna poglavja iz eksperimentalnih metod in turbulence v hidravliki ter vodnogospodarske sisteme in ureditve.

V zadnjih dvajsetih letih so bili učitelji na KMTek mentorji 80 diplomantom gradbeništva (večinoma univerzitetnega in nekaj tudi visokošolskega strokovnega študija) ter vodarstva in okoljskega inženirstva, 18 magistrandom in osmim doktorandom.

Raziskovalno delo

Deloma že po letu 1980 in še bolj izrazito v zadnjih dvajsetih letih je bilo raziskovalno delo KMTek v skladu s sodobnimi trendi v svetu usmerjeno v razvoj in uporabo matematičnih modelov in numeričnih orodij za račun poplavnih, porušitvenih in obratovalnih valov v odprtih vodotokih, splošno in eksperimentalno hidravliko stalnega in nestalnega toka, modeliranje vodnih in z vodo povezanih okoljskih procesov, vodnogospodarskih sistemov, naprav in ureditev, večciljno odločanje in oceno tveganja, vodarstvo, rabo režimov na vodah, varstvo pred poplavami in urejanje vodnih teles. Posebna pozornost je namenjena proučevanju gibanja nenewtonskih tekočin, kot so snežni plazovi in drobirski tokovi, ki so v zadnjem času v Sloveniji in sosednjih alpskih državah povzročili veliko škode.

V okviru temeljnega in aplikativnega raziskovanja se sodelavci katedre ukvarjajo predvsem s preizkušanjem in razvojem novejših numeričnih shem končnih volumnov ter izpopolnjevanjem modelov turbulence in njihovo uporabo v hidravliki toka s prosto gladino. Pri numeričnih metodah so predlagali izboljšave osnovne sheme gorvodnih razlik, ki lahko v določenih primerih povzroča preveliko numerično difuzijo, zlasti pri dolgotrajnejših simulacijah širjenja polutantov. Za točkovne onesnaževalce (širjenje hraniv ali drugih onesnaževalcev, razlitje nafte ipd.) je možna uporaba lagrangeve metode sledenja delcev, za katero je bil računalniški program razvit v okviru raziskovalne skupine, narejeni so bili tudi vmesniki za njeno povezavo s hidrodinamičnim delom računa. Pri modelih turbulence je osnovni model k- prirejen za uporabo v dvodimenzijskih globinsko povprečnih tokovih. Za simulacijo tovrstnih praktičnih primerov tokov v rekah s poplavnimi področji uporabljajo lasten računalniški program PCFLOW2D, ki ga ves čas izpopolnjujejo in dopolnjujejo z novimi robnimi pogoji. V lastnem tridimenzijskem matematičnem modelu PCFLOW3D pa preverjajo različne modele turbulence v navpični smeri in dobljene izsledke primerjajo z analitično rešljivimi primeri in meritvami tokov iz narave (Bohinjsko in Blejsko jezero, vtok reke Pad v severni Jadran, onesnaženje Tržaškega zaliva z živim srebrom). V zadnjem času se zaradi aktualnosti problematike intenzivno ukvarjajo tudi z razvojem dvodimenzijskega modela za gibanje nenewtonskih tekočin, s katerim je mogoče simulirati drobirske tokove (npr. primer Loga pod Mangartom in plazu Strug). Posebno področje raziskav so hidravlične analize z uporabo tehnologije LIDAR za zajem topografije terena in uporaba genetskih algoritmov za izbor hidravličnih merilnih mest na cevovodnih omrežjih.

Omenjeno raziskovalno delo je in še vedno poteka v okviru več pet- in triletnih temeljnih in aplikativnih projektov ARRS. Omenimo samo nekatere: raziskovalni programi Mehanika tekočin in zdravstvena hidrotehnika (1999–2003), Hidrotehnika, hidravlika in geotehnika (2004–2008 in 2009–2012), aplikativne raziskovalne naloge Teoretične in modelne raziskave disperzije v rekah (1991–1994), Modeliranje transporta sedimentov in polutantov (1999–2001) in tekoči raziskovalni projekt Modeliranje hidrodinamike, transporta plavin in nanje vezanih polutantov po metodi SPH (Smooth Particle Hydraulics, 2008–2011), ki obravnava v svetu trenutno zelo aktualno tematiko simulacije gibanja tekočin z delci. Na možnost praktične uporabe izsledkov kaže tudi več CRP-projektov, ki jih katedra izvaja ob sofinanciranju ministrstev za kmetijstvo ter za okolje in prostor. Katedra ima razvito tudi intenzivno mednarodno sodelovanje, kar ji omogoča hitro seznanjanje z najnovejšimi znanstvenimi spoznanji in izmenjavo izkušenj s tujimi raziskovalci. Tako je v letih 1993–1995 potekalo intenzivno sodelovanje pri programu TEMPUS JEP 4724 (poleg FGG so sodelovale še univerze iz Münchna, Padove, Köbenhavna in FER iz Ljubljane, šlo je za vnos raziskovalnih dosežkov v pedagoški proces na podiplomskem študiju). Pri evropskem projektu EROSLOPE II (1996–1999) je katedra sodelovala z razvojem dvodimenzijskega matematičnega modela v strmih ukrivljenih hudourniških strugah, projekt ALPRESERV je obravnaval trajnostno gospodarjenje s sedimenti v alpskih rezervoarjih z upoštevanjem ekoloških in ekonomskih vidikov, projekt SIMIS je obravnaval povezani sistem monitoringa reke Soče (INTERREG IIIA Italija-Slovenija 2000–2006), projekt SCOREPP pa možnosti zmanjšanja izpustov pomembnejših onesnaževalcev v okolje (2006–2008). KMTek je bila vključena v dva projekta petega okvirnega programa EU: MERCYMS (2003–2005) in EUROCAT (2002–2004), trenutno pa sodeluje pri evropskem projektu HydroNet Floating Sensorised Networked Robots for Water Monitoring v okviru sedmega okvirnega programa (2008–2011). Potekajo tudi intenzivna dvostranska sodelovanja: trije francosko-slovenski projekti v okviru povezovalnega programa PROTEUS (skupno delo z inštitutom Cemagref iz Lyona na področju dvodimenzijskega modeliranja tokov in sedimentov v rekah, 1995–1997, 1998–2001 in 2003–2004), dva avstrijsko-slovenska projekta (sodelovanje s Tehniško univerzo v Gradcu, 2000–2001 in 2002–2003), tristranski francosko-poljsko-slovenski projekt s sodelovanjem inštituta Cemagref v Lyonu, Univerze v Krakovu in UL FGG v okviru povezovalne dejavnosti ECONET (2004–2005). Člani katedre so imeli več vabljenih predavanj na univerzah in inštitutih po Evropi, na Japonskem, Kitajskem in v ZDA. Od organizacijske dejavnosti na področju raziskav naj omenimo še organizacijo mednarodne konference Water Pollution 1997 na Bledu ter članstvo posameznih članov katedre v znanstvenih odborih omenjene serije konferenc.

Strokovno delo

KMTek si ves čas prizadeva, da izsledke raziskav čim prej uporabi v praksi. Na strokovnem področju se sodelavci katedre ukvarjajo predvsem z zahtevnejšimi (zlasti dvodimenzijskimi in trodimenzijskimi) hidravličnimi izračuni stalnega in nestalnega toka s prosto gladino za potrebe obrambe pred poplavami in varstva pred naravnimi nesrečami (valovi zaradi porušitev pregrad, obratovalni valovi zaradi delovanja hidroelektrarn, razlitja nevarnih snovi, širjenje onesnaževalcev), manj pa z enodimenzijskimi matematičnimi simulacijami proučujejo tudi pojav vodnega udara v hidravličnih cevnih sistemih in izvajajo hidravlične preračune vodovodnih omrežij. Ukvarjajo se še z informatizacijo in digitalizacijo vodnogospodarskih osnov, maritimnimi študijami, hidravličnimi analizami z uporabo tehnologije LIDAR za zajem topografije terena, ocenjevanjem poplavne škode, ocenami poplavne ogroženosti in coniranjem prostora.

Med najpomembnejšimi strokovnimi deli so: dvodimenzijski (2D) računi tokov v ožinah Idrijce (pod železniško postajo Most na Soči) in Soče (pri Drobočniku), simulacija toka v kajakaški progi na Savi v Tacnu ter toka na sotočju Save in potoka Javornik, 2D-model toka in usedanja lebdečih plavin v Ptujskem jezeru, 2D-račun toka Savinje v Tremerjah in v Laškem, 2D-račun toka Soče na iztoku iz HE Plave, račun murastega toka v Logu pod Mangartom, 2D- in 3D-računi tokov pri jezu JEK Krško v povezavi z odvzemom hladilne vode in termičnim segrevanjem Save ter račun poplavnih, obratovalnih in porušitvenih valov v območju načrtovanih hidroelektrarn na srednji in spodnji Savi.

Člani KMTek kot svetovalci ali recenzenti sodelujejo z vodnogospodarskimi in elektrogospodarskimi podjetji ter državnimi organi. Kot primer vključenosti v reševanje aktualnih vprašanj hidrotehnične stroke lahko omenimo še sodelovanje pri strokovni analizi čezmejnega vpliva projektov plinskega terminala v Tržaškem zalivu. S 3D-matematičnim modeliranjem so bile ugotovljene možne količine dviga sedimentov, močno onesnaženih z živim srebrom, v vodni stolpec in s tem povečana nevarnost metilacije živega srebra.

  zaposleni telefon email
prof. dr. Matjaž Četina, univ. dipl. inž. grad. 42 54 099, int. 110 matjaz.cetina@fgg.uni-lj.si
asist. dr. Daniel Kozelj, univ. dipl. inž. vod. in kom. inž. 425 40 52, int. 201 daniel.kozelj@fgg.uni-lj.si
dr. Gorazd Novak, univ. dipl. inž. grad. 425 40 52, int. 201 gorazd.novak@fgg.uni-lj.si
viš. pred. dr. Gašper Rak, univ. dipl. inž. vod. in kom. inž. 425 40 52, int. 201 gasper.rak@fgg.uni-lj.si
izr. prof. dr. Dušan Žagar, univ. dipl. inž. grad. 42 54 052, int. 214 dusan.zagar@fgg.uni-lj.si