Saint Anthony Falls Laboratuvarı - Saint Anthony Falls Laboratory

Minneapolis şehir merkezindeki Laboratuarın Saint Anthony Şelaleleri. Laboratuvar Hennepin Adası'nda bulunmaktadır. Arkasında tarafından işletilen hidroelektrik santrali var Xcel Enerji. Yanında Outdoor StreamLab saha ölçeğinde araştırma tesisi var.

Saint Anthony Falls Laboratuvarı (eski adı: Saint Anthony Falls Hidrolik Laboratuvarı) veya SAFL, üzerinde bulunan bir araştırma laboratuvarıdır. Hennepin Adası içinde Mississippi Nehri içinde Minneapolis, Minnesota, Amerika Birleşik Devletleri. Birincil araştırması "Mühendislik, Çevresel, Biyolojik ve Jeofiziksel Akışkanlar Mekaniği" dedir.[1] İle bağlantılıdır Minnesota Universitesi 's Bilim ve Mühendislik Fakültesi. Araştırma, yüksek lisans öğrencileri ve öğretim üyeleri tarafından 16.000 metrekarelik araştırma alanı ve 24 farklı özel tesis kullanılarak yürütülmektedir.

Laboratuvar, Saint Anthony Şelaleleri'nin yanındaki konumunun Hidrolik kafa Şelaleden birçok deney için su sağlamak.

Laboratuvarda gerçekleştirilen deneyler çeşitlidir ve şunları içerebilir:

  • Baraj yapımı ve kaldırılması gibi sözleşmeli inşaat ve çevre mühendisliği işleri
  • Nehir sistemi dinamiklerini anlamak
  • Birlikte çalışmak petrol arama deltaik sistemlerdeki tortuları karakterize etmek
  • Akışkan akışı ve nehirlerin ekolojisi arasındaki etkileşimleri anlamaya çalışın
  • Daha iyi pervaneler oluşturmak için sıvılardaki kavitasyonu anlamaya çalışın

Saint Anthony Falls Laboratuvarı aynı zamanda Ulusal Yeryüzü Dinamikleri Merkezi, bir Ulusal Bilim Vakfı Bilim ve Teknoloji Merkezi.[2]

Tarih

SAFL, 1930'larda, Works Progress Administration 1963 yılında ölene kadar Lorenz G. Straub başkanlığındaydı. İnşaat Mart 1936'da başladı ve Lab Kasım 1938'de açıldı ve açıldı.

SAFL başlangıçta hidrolik ve mühendislik araştırmalarına odaklandı, ancak Straub'un ölümünden sonra Laboratuar araştırmasını tabakalı akışlar, türbülans ve hidroloji gibi daha geniş odaklara genişletmeye başladı. Araştırma tesisleri koleksiyonuna atmosferik katman rüzgar tüneli ve çoklu kanallar da eklendi. Bu, Ulusal Bilim Vakfı (NSF).

1977'den 1993'e kadar Laboratuvar, eğitim ile temel ve uygulamalı araştırmanın entegrasyonunu vurguladı. SAFL'ye hesaplamalı akışkan dinamiği, su kaynakları ve enerji, çevresel su araştırmaları, deniz hidrodinamiği, kavitasyon, rüzgar mühendisliği, küçük hidroelektrik geliştirme, yağış modelleme ve jeomorfoloji gibi yeni araştırma çabaları getirmek için birkaç yeni fakülte atandı. NSF, SAFL'yi 2002 yılında Ulusal Yeryüzü-Yüzey Dinamikleri Merkezi'nin (NCED) genel merkezi haline getirdi, bu merkez, daha büyük öngörücü dünya yüzey teknolojisi ve araştırmalarına adanmış bir merkez oldu.

2006 yılında Minnesota Üniversitesi ve St. Anthony Falls Laboratuvarı, Enerji Bakanlığı'ndan gelen bir hibe yardımıyla akademik ortakları, endüstriyi ve devlet laboratuvarlarını bir araya getiren EOLOS adlı bir rüzgar enerjisi araştırma konsorsiyumu kurdu. Minneapolis'in hemen güneyinde bulunan bu yeni tesis, diğer şeylerin yanı sıra bir rüzgar türbininin eklenmesiyle SAFL'yi yenilenebilir enerji araştırma dünyasına daha çok getirdi.

O zamandan beri SAFL, toprak yüzeyi ve akışkanlar dinamiği çalışmalarında uluslararası üne sahip bir lider haline geldi. Yıllar içinde araştırma yeteneklerini genişletmek için birden fazla yeni tesis eklenmiştir ve çoğu aslında personel tarafından yaratılmıştır ve yalnızca SAFL araştırmacıları tarafından kullanılmaktadır.

SAFL'nin genişletmeleri için finansman, yıllar boyunca bir dizi dış kaynaktan geldi. NASA, NSF, ABD Donanması, Enerji Bakanlığı, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Dairesi, Hamburg Gemi Modeli Havzası, Minnesota Kaynakları Yasama-Vatandaş Komisyonu ve çok daha fazlası.

St. Anthony Falls Laboratuvarı, Minnesota Üniversitesi Bilim ve Mühendislik Koleji'ne 2011 yılında bir araştırma tesisi olarak eklendi.

Araştırma programları

SAFL'de araştırma, inşaat mühendisliği, hidrolik mühendisliği, hidroloji, ekoloji ve jeoloji dahil birçok alanın çalışmasını içerir. SAFL'deki araştırma, 21. yüzyılın ilk on yılında, ülkenin karargahı olma statüsüyle teşvik edildi. Ulusal Yeryüzü Dinamikleri Merkezi (NCED)

Analog malzeme modelleri akarsu ve biriktirme sistemler, SAFL'deki jeologlar tarafından nehir kanalı morfolojilerinin ve dinamiklerinin nedenlerini anlamak ve ayrıca belirli olayları üreten olayların tarihini yeniden oluşturmak için kullanılır. stratigrafik paketler. Kanal morfolojisi üzerinde çalışan araştırmacılar, örgülü kanalları tek bir iplik (ve genellikle kıvrımlı) sistemle sınırlamada bitki örtüsünün önemini gösterdiler.[3][4] Deneysel alüvyal yelpaze deltaları üzerinde yapılan araştırmalar, akış mesleği istatistiklerini ve bunların can ve mal üzerindeki potansiyel tehlikelerini vurgulamıştır.[5] kısa vadeli kıyı şeridi konumlarını belirleyen sediman depolama ve salım modellerinde otojenik döngüselliği gösterdi,[6] ve bağlandı dizi stratigrafisi ve stratigrafik kaydı oluşturan süreçler.[6][7][8][9][10][11]

SAFL'de araştırma öncelikle dört ana alanda yoğunlaşmıştır:

  • Dünya yüzeyi, su ve yaşam
  • Küresel çevresel değişimin hafifletici etkileri
  • Yenilenebilir enerji sistemleri
  • Kişiselleştirilmiş sağlık bakımı için biyomedikal sıvı mekaniği

Dünya yüzeyi, su ve yaşam araştırması

SAFL, 2002 yılında, Dünya yüzeyinin evrimini tahmin etmek için entegre, nicel bir yaklaşım geliştirmeye odaklanan bir NSF Bilim ve Teknoloji merkezi olan NCED'e dahil oldu. Mühendislik, Yer bilimi, biyoloji, matematik, fizik ve sosyal bilimler gibi çok çeşitli kritik disiplinlere odaklanır. Şimdi SAFL, NCED tarafından oluşturulan araştırma sentezi doktora sonrası ve sosyal yardım programlarının devamını destekleyen bir hibe olan NCED2'nin bir parçasıdır.

Şu anda, SAFL'nin Dünya yüzey araştırması aşağıdaki birbiriyle bağlantılı temalar etrafında dönmektedir:

  • Çok ölçekli sanal su ortamları
  • Sıvı akışı, mikroorganizma fizyolojisi ve biyojeokimyanın etkileşimi
  • Parçacıklar, kabarcıklar ve diğer çok fazlı akışlar
  • Deltalar ve biriktirme sistemleri
  • Çevresel değişimin koridorları olarak nehir ağları

SAFL'nin uzun vadeli araştırma vizyonu, "çevresel restorasyon ve doğal afetlerin hafifletilmesinden yağıştaki değişikliklere kadar değişen senaryolar için test edilebilir, uyarlanabilir tahminler sağlayabilen, canlı yüzey ortamından veri akışlarıyla desteklenen, birbirine bağlı bir teorik ve hesaplama modeli sistemi geliştirmektir. küresel deniz seviyesi yükselişine. "[12]

Küresel çevresel değişim araştırması

SAFL, küresel değişim etkilerini değerlendirmek ve ölçmek ve değişen atmosfer ve su kaynaklarının bozulması gibi sonuçlarını hafifletmek için bilime dayalı çözümler geliştirmek için çeşitli alanlarda aktif araştırma programlarına sahiptir.

SAFL araştırma alanları şunları içerir:

  • Küresel çevresel değişimi değerlendirmek için uzaydan dünya gözlemleri
  • Enkaz akışı tehlikeleri
  • Nehir taşması
  • Hava kalitesi
  • Su kalitesi ve habitat

"Küresel çevresel değişimin etkilerini hafifletmek, önümüzdeki on yıllar boyunca bilimsel araştırmaların ön saflarında yer alacaktır. SAFL, büyük ölçekli disiplinler arası araştırmayı katalize ederek, mühendisliği sosyal, davranışsal ve ekonomik bilimlerle bütünleştirerek gerçek ve ölçülebilir etkiler yaratmaya yardımcı olacak şekilde konumlandırılmıştır. , büyük veri ve veri odaklı bilimden yararlanma, katlanarak artan hesaplama kapasitesinden yararlanma ve paydaşları, politika yapıcıları ve toplulukları aktif olarak dahil etme. " [12]

Yenilenebilir enerji araştırması

2007'den beri SAFL, akışkanlar mekaniği ve yenilenebilir enerji sistemlerinde daha yetenekli araştırmalar için kendisini konumlandırmak için laboratuvar ve saha ölçeklerinde yeni deneysel tesisler, gelişmiş hesaplama araçları ve endüstri ve hükümet laboratuvarlarıyla yeni ortaklıklar geliştirmiştir. Bu araştırma odağı, daha sık aşırı hava olayları ve deniz seviyesinin yükselmesi gibi iklim değişikliğinin etkileriyle mücadele etmek ve bunları incelemek için araştırma ve teknolojiyi kullanmayı amaçlamaktadır.

Bu alandaki SAFL araştırması şunları içerir:

  • Rüzgar enerjisi
  • Su gücü (hidroelektrik, denizcilik ve hidrokinetik teknolojiler dahil)
  • Mikroskobik alglerden biyoyakıt üretimi.

"Küresel karbon emisyonlarını önemli ölçüde azaltmak için ekonomik açıdan en uygun stratejiler, yenilenebilir kaynaklardan enerji üretiminde önemli artışları içerir ve şu anda dünyanın enerji portföyüne yalnızca% 10-13 oranında katkıda bulunur ... Rüzgar enerjisine dayalı yenilenebilir enerji teknolojileri, deniz hidrokinetik enerjisi, ve biyoyakıt enerjisi, yaşayan Dünya yüzey ortamının ayrılmaz parçalarıdır.Bu teknolojilerin uygulanması, gerçek zamanlı verilerle yönlendirilen mekanik modellerle desteklenmeli ve politika, ekonomi, insan sağlığı bilimleri ve ekoloji ile entegre edilmelidir. . SAFL, endüstri, hükümet ve eyalet kurumları ve diğer yenilenebilir enerji paydaşlarını aktif bir şekilde meşgul etmek için bir zihniyetle çalışarak tüm bu cephelerde ulusal liderlik sağlayabilir. " [12]

Biyomedikal akışkanlar mekaniği araştırması

Akışkanlar mekaniği ve biyoloji arasındaki bağlantı, son yıllarda insan vücudunun akışkanlar mekaniğini anlamayı ve bunların hastalık yollarıyla olan bağlantılarını ölçmeyi amaçlayan araştırmaların büyümesine yol açtı.

SAFL, simülasyon tabanlı bir araştırma yaklaşımı kullanan kardiyovasküler akışkanlar mekaniği araştırmalarında liderdir. Yeni hesaplamalı hemodinamik araçlar geliştirilmiş, doğrulanmış ve klinik olarak ilgili çok çeşitli problemleri incelemek için uygulanmıştır. UMN bünyesinde Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Havacılık ve Uzay Mühendisliği ve Mekanik Bölümü, Tıp Fakültesi ve Tıp Mühendisliği Enstitüsü ile Mayo Clinic ve ülke çapındaki diğer işbirlikçilerle ortaklıklar kurulmuş ve güçlendirilmiştir.

Araştırma temaları şunları içerir:

  • Kardiyovasküler sıvı mekaniği araştırması
  • Solunum sıvısı mekaniği araştırması

Önümüzdeki yıllarda biyomedikal akışkanlar mekaniği araştırmaları için yol gösterici görev, akademik araştırma alanından, kişiselleştirilmiş sağlık hizmetinin hızla ortaya çıkan geleceğini destekleyen klinik uygulamaya yönelik hesaplama araçlarının entegrasyonudur.

Araştırma tesisleri ve mühendislik hizmetleri[13]

St. Anthony Falls Laboratuvarı, Mississippi Nehri üzerinde 16.000 metrekarelik bir araştırma tesisidir. Laboratuar, bir projenin ihtiyaçlarına göre kolayca yapılandırılabilen ve Mississippi'den 300 ft³ / s'ye kadar suyu süresiz olarak pompalayabilen 15 genel amaçlı kanala, depoya ve kanala sahiptir. SAFL'deki tesisler arasında Mississippi Nehri suyunun büyük ölçekli sediman taşıma deneyleri için gönderilebileceği ana kanal; hızlı bir şekilde deneysel stratigrafi oluşturmak için tasarlanmış delta havzaları; geniş ölçekli çökeltme modellemesi için bir çökme havzası olan deneysel EarthScape tesisi (XES, takma adı "Jurassic Tank"); akarsu süreçlerini ve nehir kenarı ekolojisini tarla ölçeğine daha yakın anlamak için kullanılan Outdoor Stream Lab; ve diğer birçok ekipman. Laboratuvarın etkilerini anlamak için nehirlerin tam ölçekli modelleri de dahil olmak üzere deneysel aygıtları hızla inşa edip imha etmesiyle bilinir. baraj kaldırma.

Mühendislik hizmetleri[14]

Ana kanal

Ana kanal, SAFL'nin 275 fit uzunluğundaki en büyük araştırma kanalı olup, Mississippi Nehri'nden bir gölet sistemi veya akış olarak çalıştırılabilen 300 ft³ / s su akış hızına sahip düz, beton bir kanaldır. - geçiş sistemi. Kanal bir dalga üreteci, tortu akışı izleme ve devridaim sistemi ve bir veri toplama arabası ile donatılmıştır.

Experimental EarthScape (takma "Jurassic Tank" veya XES)

Bu özel havza, jeolojik zaman ölçeklerinde delta ve havza morfodinamiğini incelemek için kullanılır. Bu havza, tasarımı ve yetenekleri nedeniyle SAFL'ye özgüdür: havza tabanındaki çökmeyi simüle ederek yüzey süreçleri üzerindeki tektonizmin etkilerini birleştirebilir ve veri taşıma özelliği, tüm XES havzasında veri toplamaya izin verir ve daha fazlası için "dilimlemeye" yardımcı olur görünür kesitler. XES havzası, SAFL'nin en gelişmiş veri taşıma sistemine ev sahipliği yapmaktadır.

Delta havzaları

Bu iki dikdörtgen havza, SAFL'nin deltalar ve deltaik sistemler üzerine yaptığı araştırmanın bir parçasıdır. Havzalar su yüzeyinin, tortu beslemesinin ve su besleme hızlarının kontrolüne izin verir. Veri toplama, SAFL tarafından tasarlanmış yeni bir veri taşıma, topografik tarayıcı ve çeşitli kamera sistemlerini içerir. Her iki havza da 16,4 x 16,4 fit ve 2,1 fit derinliğindedir.

Dış mekan streamLab[15]

SAFL binasının dışında yer alan bu benzersiz tasarım açık saha ölçekli tesis SAFL ve NCED tarafından geliştirilmiştir ve kontrollü koşullar altında daha büyük deneyler yapmak için kullanılabilir. Taşkın yaratma yeteneğine sahiptir ve hidrolojik, ekolojik ve biyolojik araştırmalar için geniş bir akış hızları yelpazesine sahiptir. OSL, çeşitli su akış hızlarına, tortu besleme hızlarına, dolambaçlı bir nehir kıvrımına, kanal oluşumuna ve taşma kabiliyetlerine izin verir. Bu, çeşitli taşkın yatağı, bitki örtüsü ve kanal araştırma fırsatlarını kolaylaştırmak için kullanılır. StreamLab, 200 L³ / s'ye kadar devridaim su çıkışına sahiptir

Rüzgar tüneli[16]

Hava / kara sınır katmanının modellenmesi için tasarlanan rüzgar tüneli, 148 ft / s'ye kadar ulaşabilen sirkülasyonlu veya tek geçişli bir hava akışı sağlayabilir. Bir cam gözlem duvarı, sıcaklık ve yüzey değişimi yetenekleri, döner bir döner tabla, duman jeneratörü ve lazer enstrümantasyonu ile donatılmıştır. Tünel, atmosferdeki termal tabakalaşmanın yapılar üzerindeki etkilerinin incelenmesine izin veren sıcaklık kontrol özelliklerine sahiptir.

CloudIA

CloudIA, 1 m³ hava türbülansı üretebilen 256 adet ayrı ayrı kontrol edilen hava jetlerinden oluşan SAFL tarafından oluşturulmuş bir tesistir. Parçacığı incelemek için atmosferde bulunan koşulları kopyalamak için tasarlanmıştır.

daha küçük ölçekte davranış. Sıvı veya katı mikro parçacıklar, ayarlanabilir hızlarda damlatılabilir ve çok sayıda yüksek hızlı kamera ve yüksek tekrarlamalı bir lazer tarafından izlenir. CloudIA ayrıca canlı yayına izin vermek için tamamen şeffaftır

görünürlük.

EOLOS[17]

Küçük şirketlerden ABD Enerji Bakanlığı gibi devlet kurumlarına kadar birçok kuruluşla ortak olan bir rüzgar enerjisi konsorsiyumu. Devam eden araştırma projeleri, rüzgar çiftliği konumlandırma, koşul tabanlı izleme, kontrol sistemi optimizasyonu, aeroelastik modelleme, sürükleme ve gürültü azaltma yöntemleri, rüzgar çiftlikleri, güç elektroniği ve dişli kutuları ile radar etkileşimleri ile ilgilenir.

Diğer araştırma tesisleri

SAFL ayrıca bir dizi başka uzman Araştırma tesisleri araştırma projesine bağlı olarak çeşitli şekil ve boyutlarda çok sayıda kanal, kanal, tank ve havuz içeren.

Eğitim ve sosyal yardım

Halka açık dersler

Akademik yıl boyunca SAFL, haftalık seminerler çevre, jeofizik ve biyolojik akışkanlar mekaniği ve mühendisliği ile ilgili çeşitli konularda akademi, devlet kurumları ve endüstriden sunum yapanların yer aldığı. Bu seminerler ücretsizdir ve halka açıktır.

Lisans Öğrencileri için Araştırma Deneyimi (REU)

REU programı, Minnesota Üniversitesi, Lake Superior Chippewa'daki Fond du Lac Band ve Montana'daki Confederated Salish ve Kootenai kabileleri arasında topluluktaki sorunlara yardımcı olabilecek çeşitli araştırma konularını incelemek için bir işbirliğidir. Konular, yer-yüzey dinamikleri, jeoloji, inşaat ve çevre mühendisliği, ekoloji, biyoloji, hidroloji vb. Üzerine yoğunlaşabilir.

Referanslar

  1. ^ Resmi Web Sitesi - Ana Sayfa: http://www.safl.umn.edu/
  2. ^ "NCED'e hoş geldiniz!". Alındı 2009-08-15.
  3. ^ Tal, Michal; Paola, Chris (2007). "Akış ve bitki örtüsünün etkileşimi ile sürdürülen dinamik tek iplikli kanallar". Jeoloji. 35 (4): 347. Bibcode:2007Geo .... 35..347T. doi:10.1130 / G23260A.1.
  4. ^ Tal, Michal; Paola, Chris (2010). "Bitki örtüsünün kanal morfodinamiği üzerindeki etkileri: laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçlar ve bilgiler". Toprak Yüzey İşlemleri ve Yer Şekilleri. 35 (9): 1014. Bibcode:2010ESPL ... 35.1014T. doi:10.1002 / esp.1908.
  5. ^ Cazanaclı, Dan; Paola, Chris; Parker, Gary (2002). "Deneysel Dik, Örgülü Akış: Fanlarda Su Baskını Riskine Uygulama". Hidrolik Mühendisliği Dergisi. 128 (3): 322. doi:10.1061 / (ASCE) 0733-9429 (2002) 128: 3 (322).
  6. ^ a b Kim, Wonsuck; Paola, Chris; Swenson, John B .; Voller, Vaughan R. (2006). "Akarsu sisteminde tortu depolama ve salımının otojenik süreçlerine kıyı şeridi tepkisi". Jeofizik Araştırmalar Dergisi. 111. Bibcode:2006JGRF..11104013K. doi:10.1029 / 2006JF000470.
  7. ^ Martin, John; Paola, Chris; Abreu, Vitor; Neal, Jack; Çarşaflar, Ben (2009). "Farklı çökme ve değişken taban seviyesinin bilinen koşulları altında deneysel tabakaların sekans stratigrafisi". AAPG Bülteni. 93 (4): 503. doi:10.1306/12110808057.
  8. ^ Paul L. Heller, 1 Chris Paola, 2 In-G (2001). "Deneysel bir çökme havzasında (XES 96-1) yavaş ve hızlı taban seviyesi değişiklikleri nedeniyle jeomorfoloji ve dizi stratigrafisi". AAPG Bülteni. 85. doi:10.1306 / 8626CA0F-173B-11D7-8645000102C1865D.CS1 Maint: birden çok isim: yazarlar listesi (bağlantı)
  9. ^ Sheets, B. A .; Hickson, T. A .; Paola, C. (2002). "Stratigrafik kayıtların birleştirilmesi: deneysel bir alüvyal havzada çökelme desenleri ve zaman ölçekleri". Havza Araştırması. 14 (3): 287. Bibcode:2002BasR ... 14..287S. doi:10.1046 / j.1365-2117.2002.00185.x.
  10. ^ Kim, Wonsuck; Paola, Chris (2007). "Deneysel röle rampasında sabit tektonik zorlamayla uzun dönem döngüsel sedimantasyon". Jeoloji. 35 (4): 331. Bibcode:2007Geo .... 35..331K. doi:10.1130 / G23194A.1.
  11. ^ Strong, N .; Paola, C. (2008). "Hiç Olmayan Vadiler: Stratigrafik Yüzeylere Karşı Zaman Yüzeyleri". Sedimanter Araştırmalar Dergisi. 78 (8): 579. Bibcode:2008JSedR..78..579S. doi:10.2110 / jsr.2008.059.
  12. ^ a b c St. Anthony Falls Laboratuvar Stratejik Planı 2015–2020. 2015.
  13. ^ "Laboratuvar Olanaklarımızla Araştırmanızı İlerleyin | St. Anthony Falls Laboratuvarı". www.safl.umn.edu. Alındı 2015-11-30.
  14. ^ "Mühendislik Hizmetleri | St. Anthony Falls Laboratuvarı". www.safl.umn.edu. Alındı 2015-11-30.
  15. ^ "Yaşam Boyu Çevre Araştırması: Dış Mekan StreamLab | St. Anthony Falls Laboratuvarı". www.safl.umn.edu. Alındı 2015-11-30.
  16. ^ "Atmosferik Sınır Katmanı Rüzgar Tüneli | St. Anthony Falls Laboratuvarı". www.safl.umn.edu. Alındı 2015-12-03.
  17. ^ "Eolos | Rüzgar Enerjisi Araştırma Konsorsiyumu". eolos.umn.edu. Alındı 2015-12-03.

Koordinatlar: 44 ° 58′57 ″ N 93 ° 15′18″ B / 44.98250 ° K 93.25500 ° B / 44.98250; -93.25500