Összetett geometriájú műtárgyak körüli áramlási és morfodinamikai folyamatok kísérleti vizsgálata

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
18/45
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
jozsa.janos@epito.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
Vízfolyásokba épített műtárgyak (pl. hídpillérek, folyamszabályozási művek, vízszint-szabályozó műtárgyak) környezetében az áramlások összetetté válnak: lokálisan növekszik a vízfolyás sebessége, a mű faláról indulva és a meder közelében leváló áramlások jönnek létre, amik jellemzően bonyolult három-dimenziós struktúrákká fejlődnek. Éppen a helyileg megváltozó hidrodinamikai jelenségek következtében, ennek egyik szignifikáns hatása, hogy amennyiben a mederfenéken lévő hordalékszemcsék hajlamosak a felkeveredésre és kimosódásra, a meder lokális mélyülése következhet be. A helyi kimélyülések, mint morfodinamikai jelenségek a műtárgyak stabilitását veszélyeztethetik, szélső esetben azok tönkremenetelét is okozhatják. Építőmérnöki szempontból ezért fontos feladat a vízfolyásokba épített műtárgyak körüli áramlási és morfodinamikai folyamatok megértése, de a téma a jelenségek összetettsége miatt még messze nem feltárt, jelenleg is kutatások tárgyát képezi. Egyszerűbb geometriájú művek (pl. különféle keresztmetszetű pillérek) esetére nagyszámú kutatási eredmény áll már rendelkezésre, de összetettebb geometriájú esetekre azok eredményei nem ültethetők át. Vizsgálati eljárások tekintetében az analitikus, féltapasztalati és tapasztalati számítások mellett manapság laboratóriumi kisminta-kísérletek és számítógépes szimulációs eljárások segítik a hidrodinamikai és hordalékvándorlási folyamatok jobb megértését. A PhD kutatás keretében is ezt a két eszközt helyezzük előtérbe azzal a fő céllal, hogy részletes, három-dimenziós áramlástani elemzéssel tegyünk szert új ismeretekre és abból levonható új, tudományos eredményekre.
Ami legkevésbé feltárt, az olyan művek hatásmechanizmusa, amelyek lényegi küldetése az áramlások és a hordalékmozgás tartós lokális lerakódást kikényszerítő befolyásolása. A doktori kutatást esettanulmányokon keresztül kívánjuk végrehajtani, amely elsőként épp egy fent említett, a hagyományos funkciókhoz képest újszerű, innovatív szemlélettel kidolgozott, parti sávot stabilizáló, védő betonelem-rendszerre összpontosít. Az ún. CALTROPe idomok, melyek speciális, háromágú, áganként csőszerű betonelemek, hálózatszerűen kerülnének telepítésre azzal a céllal, hogy folyótorkolati szakaszokon növényeket ültessenek bele, amik a csőágakon keresztül a mederfenékbe gyökereznek,  és a művel együtt hullámtörő és hordalékmegfogó funkciót látnának el. 
A kutatásban a CALTROPe idomokra, majd további hasonlóan összetett művekre laboratóriumi kisminta-kísérleteket hajt végre a jelölt, amiben nagypontosságú akusztikus és optikai eljárásokkal tárja fel a mű környezetét jellemző áramlási struktúrákat, majd próbát tesz mozgómedrű modell kialakítására és a művek körüli morfodinamikai folyamatok feltárására is. A kisminta-kísérleteket számítógépes szimulációkkal egészíti ki, amihez egy arra alkalmas CFD-megoldót kell tesztelni, felépíteni is célirányosan vizsgálni. 
A doktori kutatás végére újszerűen kidolgozásra kerül egy olyan laboratóriumi méréstechnikai módszertan, amely alkalmas az összetett geometriájú műtárgyak környezetében kialakuló egyedi áramlási és morfodinamikai folyamatok mezőszerű és térbeli leírására számszerű paramétereken keresztül úgy, mint átlagos áramlási sebességek, turbulencia- és örvényjellemzők, medereróziós hatások, hordalékszállító képesség, stb. A kutatás teljessé tételéhez olyan számítógépes szimulációs vizsgálati módszert és eszköztárt állít össze a jelölt, ami szabadon elérhető forráskódú modellrendszerre épül, és alkalmas a jelzett összetett hidrodinamika leírására a mederalak változás becslésével együtt.
A téma meghatározó irodalma: 
1. Roulund, A., Sumer, B.M., Fredsoe, J. and Michelsen, J. (2005) Numerical and experimental investigation of flow and scour around a circular pile. Journal of Fluid Mechanics 534: 351– 401.
2. Koken, M. and Constantinescu, G. (2008) An investigation of the flow and scour mechanisms around isolated spur dikes in a shallow open channel: 2. Conditions corresponding to the final stages of the erosion and deposition process. Water Resources Research 44(8): 1–16.
3. Melville, B.W. (1975) Local Scour at Bridge Sites. University of Auckland, Auckland, New Zealand, Report 117.
4. Paik, J., Escauriaza, C. and Sotiropoulos, F. (2010) Coherent structure dynamics in turbulent flows past in-stream structures: some insights gained via numerical simulation. Journal of Hydraulic Engineering 136(12): 981–993
5. Olsen, N.R.B. and Melaaen, M.C. (1993) Three-dimensional calculation of scour around cylinders. Journal of Hydraulic Engineering 119(9): 1048–1054.
6. Koken, M., and Constantinescu, G. (2011), Flow and turbulence structure around a spur dike in a channel with a large scour hole, Water Resour. Res., 47, W12511, doi: 10.1029/2011WR010710.
7. Ahmad, N.; Bihs, H.; Kamath, A.; Arntsen, Ø. A.. (2015) Three-dimensional CFD modeling of wave scour around side-by-side and triangular arrangement of piles with REEF3D. Procedia Engineering. vol. 116 (1).
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
    1. Journal of Hydraulic Engineering (WoS/Scopus)
    2. Journal of Hydraulic Research (WoS/Scopus)
    3. Water Resources Research (WoS/Scopus)
    4. Flow Measurement and Instrumentation (WoS/Scopus)
    5. WATER (WoS/Scopus)
    6. Journal of Hydrology and Hydromechanics (WoS/Scopus)
    7. Advances in Water Resources (WoS/Scopus)
    8. River Research and Applications (WoS/Scopus)
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
1. S Baranya, NRB Olsen, J Józsa. Flow analysis of a river confluence with field measurements and RANS model with nested grid approach. RIVER RESEARCH AND APPLICATIONS 31:(1) pp. 28-41. (2015)
2. M Zsugyel, T Tél, J Józsa. Numerical investigation of chaotic advection past a groyne based on laboratory flow experiment ADVANCES IN WATER RESOURCES 71: pp. 81-92. (2014)
3. J Józsa, G Kiely, AGL Borthwick. Sediment Flux and its Environmental Implications. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL INFORMATICS 24(2): 111-120. (2014)
4. J Józsa. (2014) On the internal boundary related wind stress curl and its role in generating shallow lake circulations. JOURNAL OF  HYDROLOGY AND HYDROMECHANICS 62(1): 16-23.
5. M Kummu, S Tes, S Yin, P Adamson, J Józsa, J Koponen, J Richey, J Sarkkula. Water balance analysis for the Tonle Sap lake - floodplain system. HYDROLOGICAL PROCESSES 28(4): 1722-1733. (2014)
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
1. G Fleit, S Baranya, N Rüther, H Bihs, T Krámer, J Józsa. Investigation of the Effects of Ship Induced Waves on the Littoral Zone with Field Measurements and CFD Modeling. WATER 8(7): 300 (2016)
2. S Baranya, NRB Olsen, J Józsa. Flow analysis of a river confluence with field measurements and RANS model with nested grid approach. RIVER RESEARCH AND APPLICATIONS 31:(1) pp. 28-41. (2015)
3. M Zsugyel, T Tél, J Józsa. Numerical investigation of chaotic advection past a groyne based on laboratory flow experiment ADVANCES IN WATER RESOURCES 71: pp. 81-92. (2014)
4. S Baranya, J Józsa. Estimation of suspended sediment concentrations with ADCP in River Danube JOURNAL OF HYDROLOGY AND HYDROMECHANICS 61:(3) pp. 232-240. (2013)
5. S Baranya, NRB Olsen, J Józsa. (2013) Flow analysis of a river confluence with field measurements and RANS model with nested grid approach. RIVER RESEARCH AND APPLICATIONS: Paper RRA-12-0203
Hallgató: 

A témavezető eddigi doktoranduszai

Sági Rajmund (2011//)
Kiss Melinda (2011/2014/2015)
Zsugyel Márton (2009/2012/2016)
Homoródi Krisztián (2007/2010/2012)
Pattantyús-Á. Margit (2005/2008/2008)
Sokoray-Varga Béla (2004/2007/)
Baranya Sándor (2003/2006/2010)
Státusz: 
elfogadott