Institutt for bygg- og miljøteknikk

Vassdragsteknikk

Hydraulikk og vannkraft


Et hovedmål for faggruppen er å medvirke til en mest mulig miljøvennlig produksjon av vannkraft. Vi vil også bidra til at kraftverk, dammer og andre anlegg i og ved vassdrag blir sikret mot skader fra flom, ras og erosjon.

Spesifikke forskningstema inkluderer: Sedimenttransport og teknikker for sedimenthåndtering i kraftverksinntak. Damsikkerhet og beredskapsplanlegging Rehabilitering av damanlegg Små kraftverk

 

Computational Fluid Dynamics

Our department has been using and developing CFD models for hydraulic and sedimentation engineering since 1990. Initial work was focused on sediment problems with regards to hydropower intakes, primarily due to the difficulties of modelling fine sediment in physical models. Since then the scope of our CFD research has expanded to other hydraulic and environmental topics.

 

Computer Programs


Most of our CFD work has been carried out using the SSIIM program. The program is based on the solution of the Navier-Stokes equations on a non-orthogonal 2D or 3D grid. Both structured and unstructured grid versions are used. The SIMPLE method is used for computing the pressure and the the k-epsilon model is used to calculate turbulence. The sediment transport is calculated by solving the convection-diffusion equation for sediment concentration. Changes in bed elevation over time are computed, and algorithms for wetting and drying enables the prediction of lateral channel movements.

More information and download instructions for SSIIM

 

Publications


 

On-line books


We have made some CFD books publically available on the PDF format. A short description and download links are given below.

CFD class notes (593 kB)
"Computational Fluid Dynamics for Hydraulic and Sedimentation Engineering" was made for the CFD part in our class "Withdrawal of water from sediment-carrying rivers". The class notes provides a simple introduction to the basics of CFD. The latest version was made 16. June 1999.

User's manual for SSIIM (1.3 MB)
The user's manual for SSIIM provides standard information about the SSIIM program, like user interface, data format for input and result files etc. The latest version was made 31. May 2010.

Numerical modelling and hydraulics (1.7 MB)
The class notes for a course with the same name, given for the first time in the spring 2001. It is an undergraduate course in the 4th year of the Civil Engineering study at NTNU. This is the version from October 2009.

CFD Algorithms for Hydraulic Engineering (678 kB)
The book is a more detailed documentation of general and special hydraulic engineering CFD algorithms. It is intended to be used as a textbook for graduate courses in CFD, and also to provide assistance for people writing CFD codes. The present version is from 14. December 2000, and before this date it has not been checked by anyone but the author.

CFD for Hydraulic Structures (535 kB)
The book is about experiences using the SSIIM model to compute flow in/around hydraulic structures. The following cases are discussed: Vegetation, spillways, local scour and intakes. The present version is from 8. May 2001.

 

Projects


Several examples from our research are listed below. Much of the work has been carried out in cooperation with other institutions, so many of the examples are located on other web servers.
The numbers in brackets indicate size of graphics files in kB. The date indicate latest update.

Sediment transport

 

General hydraulics

 

Water quality

 

Habitat hydraulics

 

CFD links


Vannkraft og miljø

Instituttet arbeider med metoder for å klarlegge miljøvirkninger ved vannkraftutbygging. Vi fokusere på konsekvenser og tiltak som kan settes i verk for å begrense eventuelle skader fra klimaendringene. Selv om vi endrer utslippene av klimagasser i dag, vil vi likevel oppleve klimaendringer i lang tid framover.

Analyser gjøres i dag i stor grad med datamodeller. Modellene blir, i tillegg, verifiserer med målinger i felt og i laboratorier.

Elven graver

Numeriske modeller og datasimuleringer brukes for å beregne hvordan en elv vil utvikle seg og påvirke sine omgivelser. Denne kunnskapen er nyttig om en ønsker å forutsi når en elev blir farlig på grunn av erosjon som kan føre til brudd på brofundamenter og utløsning av leirskred.

I mange u-land er kraftig erosjon blant hovedutfordringene når man skal etablere vannkraftverk. Når elvene går gjennom bratte landskap med mye løsmasse, blir det mye sand og partikler i vannet. Magasiner og inntak fylles opp og turbinene i vannkraftverkene ødelegges av disse sedimentene. Instituttet bistår flere land i Afrika og Asia med å utvikle velfungerende vannkraftverk.

Småkraft

Småkraftverk er et annet aktuelt forskningsområde. Ofte mangler de som etablerer småkraftverk økonomi til å gjøre gode nok tekniske og hydrologiske undersøkelser før anleggene bygges. Instituttet har tatt konsekvensen av dette og gjennomfører laboratorieforsøk for å finne smarte løsninger på de mest vanlige problemene.

Blant annet er det vanlig at småkraftverkene får problemer med inntaket av vann. Derfor forsker vi på hvordan man skal få mest mulig vann inn i turbinene, uten å trekke med is, sand og drivgods som følger med vannet.

Numerisk strømningsdynamikk

Faggruppe for vassdragsteknikk satser både på anvendt forskning pg grunnleggende forskning, spesielt innen numerisk strømningsmekanikk. Det er oftest tett samarbeid mellom faggruppen, konsulenter og myndighetene som bruker resultatene.

 

Prosjekter


CEDREN - Centre for Environmental Design of Renewable Energy (FME, ending in 2017), including SafePass - Safe and efficient two-way migration for salmonids and European eel past hydropower structures (project beyond the FME period)

HydroCen: Norwegian Research Centre for Hydropower Technology (new FME) 

SFI Klima 2050 - Risk reduction through climate adaptation of buildings and infrastructure (cooperation with WWE group)

Hydralab+ - Adaptation for Climate Change 

FIThydro - Fish friendly Innovative Technologies for hydropower 

SediPass - Sustainable design and operation of hydro power plants exposed to high sediment yield 

TunnelRoughness - Linking physical wall roughness of unlined tunnels to hydraulic resistance
 

Prosjekter ved institutt for bygg- og miljøteknikk