Zawartość miesięcznika nr 10/2015

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących niebezpiecznych zanieczyszczeń pyłowych w powietrzu powstałych podczas pożarów lasów. Szczegółowej analizie poddano frakcje pyłów odpowiadające cząstkom PM_2,5 i PM₁₀. Do oceny ryzyka zagrożeń środowiskowych zaproponowano model przenoszenia zanieczyszczeń stałych ze źródeł punktowych. Walidację modelu obliczeniowego przeprowadzono dla testowych pożarów lasów (sosny, brzozy oraz dębu). Na tej podstawie określono wielkość ryzyka zawodowego wśród strażaków biorących udział w akcjach gaśniczych.

SŁOWA KLUCZOWE: pożary lasów, emisja pyłów PM_2,5 i PM₁₀, aparatura pomiarowa, ryzyko zawodowe strażaków

ABSTRACT: In this work the dangerous dust pollutants in air formed during forest fires were investigated. Fractions of dusts corresponding to the particle matters of PM_2,5 and PM₁₀ were subjected to a detailed analysis. The transport model of solid pollutants from the spot sources to the evaluation of environmental threats was proposed. The validation of the computational model was conducted for the test of forest fires (pine, birch and oak). Due to this model a size of the occupational hazard of firefighters participating in firefighting actions was determined.

KEYWORDS: forest fires, PM_2,5 and PM₁₀ dust emission, measuring equipments, occupational hazard of firefighters

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.502

STRESZCZENIE: W pracy zaprezentowano podstawy i założenia budowy prototypu kieszonkowego kalkulatora pyłu zawieszonego PM_2,5 i PM₁₀. Omówiono model obliczeniowy i działanie kalkulatora. Określono obciążenie pyłowe i zasięg migracji zanieczyszczeń pyłowych w powietrzu. Zagadnienia związane z modelowaniem rozprzestrzeniania się pyłu zawieszonego PM_2,5 i PM₁₀ w powietrzu przedstawiono w kolejnym artykule. W części końcowej pracy pokazano możliwości aplikacyjne prototypu.

SŁOWA KLUCZOWE: pożary lasów, emisja pyłu PM_2,5 i PM₁₀, programy komputerowe, analizatory pyłowe

ABSTRACT: At the paper a base and establishing on the construction of the pocket calculator prototype for the PM2.5 and PM₁₀ fugitive dust are presented. The computational model and action of the calculator were discussed. The dust load and the migration range of dust pollutants in air were determined. The issues associated with the modelling of PM_2,5 and PM₁₀ dust pollutants in air were described in the another article. In the final part of the paper possible applications of the prototype were shown.

KEYWORDS: forest fires, PM_2,5 and PM₁₀ dust emission, computer programs, dust analyzers

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.503

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono najnowsze osiągnięcia aparaturowe w chromatografii, która jest najczęściej stosowaną metodą w analizie bojowych środków chemicznych zatopionych na dnie Morza Bałtyckiego. Podano przykłady zastosowań technik chromatograficznych w rzeczywistych badaniach środowiskowych, gdzie szczegółowej analizie poddano frakcje wyłowionej bryły iperytu siarkowego. Ponadto, za pomocą tych technik chromatograficznych dokonano również oceny możliwości zniszczenia toksycznych związków arsenoorganicznych, w tym zatopionego adamsytu, w procesie stapiania z siarką.

SŁOWA KLUCZOWE: zatopiona amunicja chemiczna, bojowe środki trujące, techniki chromatograficzne, monitoring środowiska morskiego.

ABSTRACT: In this paper the latest achievements in the chromatography were described. These techniques are most often applied in analysis of the chemical warfare agents dumped in the Baltic Sea. Examples of applications of the chromatographic techniques in the real investigations of environmental samples were given, where a detailed analysis of the caught lump fractions of sulphuric mustard gas were described. Moreover, the evaluation process of arsenoorganic toxic compounds destruction due to melting with sulphur, eg. adamsite, was also made by these chromatographic techniques.

KEYWORDS: dumped chemical ammunition, chemical agents, chromatographic techniques, monitoring of the marine environment.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.504

STRESZCZENIE: Praca prezentuje wpływ rozmieszczenia załogi na stateczność wybranego jachtu żaglowego. Do analizy wybrano typowe stany balastowania załogi. Podstawą do badań był jacht zaprojektowany przez autora w ramach zajęć programu dydaktycznego Projektowanie Statków i Jachtów II. Rozpatrzono sześć typowych stanów eksploatacyjnych, dla których określono przebieg krzywej stateczności statycznej jachtu, jak również kąty przechyłu od balastowania i wiatru dla 3, 4 i 5 w skali Beauforta. Badania stateczności odbywały się dla dwóch stopni swobody. Dla każdego rozpatrywanego stanu balastowania określono wynikowe kąty przechyłu, które decydują o szybkości jachtu. Wyniki badań pokazały, iż rozmieszczenie załogi na jachcie ma znaczny wpływ na stateczność, a najefektywniejszym sposobem balastowania jest balastowanie na trapezie.

SŁOWA KLUCZOWE: Jacht żaglowy, stateczność, balastowanie załogą

ABSTRACT: Thesis presents the influence of sailing boat crew dislocation on the stability of sailing yacht. For analysis selected typical ballasting crew position. The basis for the research was designed yacht by the author during classes Design of Ships and Yachts II. Examined six typical operation positions, for whom defined the static stability curve of the yacht, as well as the tilt angles of ballasting and wind for 3, 4 and 5 on the Beaufort scale. Stability researches were held for two degrees of freedom. For each crew ballast positions were defined resulting condition tilt angles that determine the speed of the boat. The results showed that the dislocation of the crew on the boat has a significant impact on the stability, and the most effective way of ballasting is ballasting on the trapeze.

KEYWORDS: Sailing yacht, stability, crew ballasting

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.505

STRESZCZENIE: Artykuł skupia się na problemie pozyskiwania i kolekcjonowania danych meteorologiczny dotyczących obszaru Morza Bałtyckiego, które są niezbędnym elementem do zaprojektowania oraz zaimplementowania efektywnego systemu ostrzegania o ryzyku wystąpienia szturmu w akwenie tego morza. Porusza on również niezwykle istotny problem, który utrudnia lub wręcz uniemożliwia podjęcie prac w tym zakresie. Problem ten dotyczy ograniczonego przez instytucje państwowe dostępu do przydatnych w badaniach naukowych danych meteorologicznych, które są traktowane głównie jako produkt komercyjny.
    Niniejszy artykuł skupia się na studium przypadku dotyczącym obszaru Morza Bałtyckiego. Celem omawianych prac była konstrukcja niezależnej od Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej bazy danych meteorologicznych wyżej wymienionego akwenu z okresu najwyższej częstotliwości występowania sztormów. W tym celu posłużono się meteorogramami uzyskanymi z Numerycznej Prognozy Pogody Uniwersytetu Warszawskiego, oprogramowaniem dekodującym dane numeryczne z nieskompresowanych bitmap oraz bazą danych, która pozwala na ich akumulację i udostępnienie. Wykorzystanie wcześniej wspomnianej metody pozwoliło na skonstruowanie, złożonej z 600600 obiektów bazy danych z okresu czterech miesięcy, na dostatecznie dokładnej siatce punktów pomiarowych rozpiętej na akwenie morza, przedstawiając tym samym propozycję alternatywnego rozwiązania nakreślonego na początku problemu.

SŁOWA KLUCZOWE: bazy danych, meteorologia, programowanie, dostęp do danych.

ABSTRACT: The paper concentrates on the problem of limited by the state institutions access to meteorological data, relevant to scientific research, that are regarded only as commercial product. The search for the new source of access was based on the case study of the Baltic Sea area. The aim of the project was to create a meteorological database, independent of the Institute of Meteorology and Water Management, concerning the Baltic Sea in the period with the highest frequency of storms. For this purpose, meteograms from the Numerical Weather Forecast from the Warsaw University, the software decoding numerical data from uncompressed bitmap and the database allowing accumulation of data and making them available were used. The application of mentioned method allowed us to construct database consisted of 600600 items, from four months, on precise grid of measuring points stretched on the Baltic Sea basin; thereby presenting an alternative solution of the problem.

KEYWORDS: atabases, meteorology, programming, data access.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.506

STRESZCZENIE: Jednym z ciekawych i dynamicznie rozwijających się nurtów uczenia maszynowego jest klasyfikacja kombinowana. Opracowywane, w jej ramach, algorytmy starają się w zbudować model systemu klasyfikacyjnego bazującego na klasyfikatorach składowych, tak aby wykorzystać ich najlepsze cechy i kompetencje potrzebne do rozwiązania danego problemu decyzyjnego W takcie konstrukcji tego typu systemów stykamy się z dwoma typami problemów: jak wybrać wartościowy zespół klasyfikatorów oraz w jaki sposób uzyskać decyzje końcową na bazie odpowiedzi członków wspomnianego zespołu klasyfikatorów. W pracy przedstawiono główne przesłanki świadczące o przydatności projektowania tego typu systemów oraz dokonano ich krótkiej charakterystyki problemów projektowych.

SŁOWA KLUCZOWE: Klasyfikacja, zespoły klasyfikatorów, klasyfikacja kombinowania, rozpoznawanie wzorców

ABSTRACT: Classifier ensemble is the focus of the intense research, because it is recognized as the one of them most efficient classification approach. It is used in the several practical domains as fraud detection, client behavior recognition, medical decision support systems, or technical diagnostic to enumerate only a few. In this conceptual approach, the main effort is focusing on the two main problems. First, how to choose or train valuable and mutually complimentary set of individual classifiers and how to combine their outputs to exploit the strength of each individuals. The work presents a brief survey of the main issues related with the classifier ensemble domain.

KEYWORDS: Classification, classifier ensemble, combined classifier, pattern classification

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.507

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono model procesu spalania w 4-suwowym silniku okrętowym o zapłonie samoczynnym dla wyznaczenia zawartości tlenków azotu (NOx) w gazach wylotowych. Prezentowany model jest iteracyjnym modelem 3-wymiarowym, zbudowanym na ruchomej, przestrzennej siatce przestrzeni cylindrowej. Model obejmuje matematyczny opis wtrysku, rozpylania, parowania i zapłonu paliwa oraz rozprzestrzeniania się płomienia w przestrzeni cylindrowej. W celu wyznaczenia udziałów NOx dokonano również opisu wymiany ciepła z elementami konstrukcyjnymi cylindra. Dane wejściowe oraz warunki brzegowe modelu pochodzą z bezpośrednich pomiarów. Model został pozytywnie walidowany na podstawie charakterystyk ciśnienia spalania oraz udziałów NOx i tlenu w gazach wylotowych dla całego rozpatrywanego zakresu obciążeń silnika.

SŁOWA KLUCZOWE: silnik okrętowy, silnik o zapłonie samoczynnym, CFD, udział NOx, spalanie

ABSTRACT: Manuscript presents a model of the combustion process in marine four-stroke diesel engine to determine the nitric oxides fraction (NOx) in the exhaust gas. This is iterative, 3-dimensional model, built on geometric mesh of the engine cylinder chamber. The model includes mathematical description of fuel injection, spray, evaporation and auto ignition and flame propagation in the cylinder. In order to determine the NOx fraction, the heat exchange phenomena description between structural elements of the cylinder has been done. The input data and boundary conditions are collected from the direct measurements. The model has been successfully validated based on the characteristics of the in-cylinder combustion pressure and NOx and oxygen fractions in the exhaust gas for all considered loads of the engine.

KEYWORDS: marine engine, diesel engine, CFD, NOx fraction, combustion

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.508

STRESZCZENIE: W referacie przedstawiono zagadnienia związane z pompami ciepła do podgrzewania wody użytkowej. Podczas badań wykorzystano instalację pompy ciepła PCWU 200K-2.3 kW z zasobnikiem 200 litrów, zlokalizowaną w Laboratorium Inżynierii OŹE Wydziału Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy, wykorzystywaną do podgrzewania wody użytkowej. Podczas badań analizowano techniczno-ekonomiczne zastosowania w systemach podgrzewu ciepłej wody użytkowej sprężarkowych pomp ciepła w których dolnym źródłem jest powietrze atmosferyczne (lub powietrze, gdzie znajduje się pompa ciepła). Dodatkowo analizowano również układ, gdy sama pompa ciepła była zasilana instalacją fotowoltaiczną. W pracy przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań dotyczące czasu podgrzewania wody przez pompę ciepła oraz analizę oszczędności płynących z zasilania sprężarki modułami fotowoltaicznymi.

SŁOWA KLUCZOWE: odnawialne źródła energii, efektywność, pompa ciepła

ABSTRACT: In this paper presented issues related with heat pumps for heating water. During the study used a heat pump installation PCWU 200K-2.3 kW with 200 liters tank, located in the Engineering Laboratory Department of Mechanical Engineering RES UTP in Bydgoszcz, used to heat water. During the study analyzed the application of technical and economic systems DHW heat pump compressor in which the lower source is atmospheric air (or air, where the heat pump). In addition, the system also analyzed when the heat pump was powered by a photovoltaic installation. In paper also presented the results of the study about the time of heating water by the heat pump and an analysis of savings from powering compressor by photovoltaic modules.

KEYWORDS: renewable energy sources, efficiency, heat pump

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.509

STRESZCZENIE: W referacie przedstawiono zagadnienie wykorzystania w Polsce i w Europie instalacji fotowoltaicznych (PV). Systemy PV będą miały w niedalekiej przyszłości znaczny udział w globalnej produkcji energii elektrycznej. Będzie to istotnie wpływało na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz na poprawę stanu środowiska naturalnego. W pracy przedstawiono budowę i wyniki badań realizowanych na laboratoryjnej instalacji PV, zlokalizowanej w Laboratorium Inżynierii OŹE Wydziału Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy wykorzystywanej do podgrzewania wody użytkowej.

SŁOWA KLUCZOWE: odnawialne źródła energii, efektywność, fotowoltaika

ABSTRACT: This paper presents the problem of the use of the Polish and European photovoltaic systems (PV). PV systems will be in the near future, a significant share of global electricity production. This will be a significant effect on the reduction of greenhouse gas emissions and to improve the environment. The paper presents the design and the results of laboratory tests performed on PV installations, located in the Engineering Laboratory Department of Mechanical Engineering RES UTP in Bydgoszcz used to heat water.

KEYWORDS: renewable energy, efficiency, photovoltaic

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.510

STRESZCZENIE: Ogólnie rzecz ujmując, wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje badań naukowych w celu uzyskania modelu matematycznego, tj. metoda opisowa oraz metody analityczne. Z ich wykorzystaniem uzyskuje się dwa różne rodzaje modeli matematycznych: modele opisowe oraz modele przyczynowe. W mechanice wykorzystywane są głównie modele przyczynowe, które ‘wnikają’ w przyczyny obserwowanego zjawiska, tzn. pozwalają poznać jego mechanizm fizyczny. Wyróżnia się przy tym dwie metody budowy tych modeli, a mianowicie bilansową (równania bilansowe) oraz wariacyjną (równania wariacyjne). Zagadnienia związane z budową poszczególnych rodzajów modeli przedstawiono w dwóch powiązanych ze sobą artykułach. Niniejszy artykuł dotyczy zagadnień związanych z budową modelu opisowego oraz modelu przyczynowego do budowy którego wykorzystano metodę bilansową. W szczególności zaś, przedstawiono proces tworzenia tych modeli na przykładzie wahadła matematycznego. W drugim kolejnym artykule zaprezentowano model przyczynowy zbudowany z wykorzystaniem metody wariacyjnej.

SŁOWA KLUCZOWE: modelowanie, metoda , mechanika, systemy dynamiczne

ABSTRACT: Generally, we can distinguish two main types of research enables to receive a mathematical model: qualitative and quantitative. Using these methods we can obtain two different types of mathematical models: descriptive and explanatory models respectively. In mechanics, we mainly use the explanatory models, which indicate a cause-effect relationship in the studied phenomenon. We could distinguish two fundamental methods of developing the explanatory models, namely: balance (balance equations) and variational (variational equations) methods. This paper deal with both the descriptive model and the explanatory model obtained by means of the balance method. Particularly, based on the exemplar of the mathematical pendulum the creation process of these models is presented.

KEYWORDS: modeling, balance method, mechanics, dynamical systems

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.511

STRESZCZENIE: Ogólnie rzecz ujmując, wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje badań naukowych w celu uzyskania modelu matematycznego, tj. metoda opisowa oraz metody analityczne. Z ich wykorzystaniem uzyskuje się dwa różne rodzaje modeli matematycznych: modele opisowe oraz modele przyczynowe. W mechanice wykorzystywane są głównie modele przyczynowe, które ‘wnikają’ w przyczyny obserwowanego zjawiska, tzn. pozwalają poznać jego mechanizm fizyczny. Wyróżnia się przy tym dwie metody budowy tych modeli, a mianowicie bilansową (równania bilansowe) oraz wariacyjną (równania wariacyjne). Zagadnienia związane z budową poszczególnych rodzajów modeli przedstawiono w dwóch powiązanych ze sobą artykułach. Niniejszy artykuł dotyczy zagadnień związanych z budową modelu przyczynowego z wykorzystaniem metody wariacyjnej. W szczególności zaś, przedstawiono proces tworzenia tego rodzaju modelu na przykładzie wahadła matematycznego. Natomiast w pierwszym z wymienionych artykułów zaprezentowano budowę modelu opisowego oraz modelu przyczynowego do budowy którego wykorzystano metodę bilansową.

SŁOWA KLUCZOWE: modelowanie, metoda wariacyjna, mechanika, systemy dynamiczne

ABSTRACT: Generally, we can distinguish two main types of research enables to receive a mathematical model: qualitative and quantitative. Using these methods we can obtain two different types of mathematical models: descriptive and explanatory models respectively. In mechanics, we mainly use the explanatory models, which indicate a cause-effect relationship in the studied phenomenon. We could distinguish two fundamental methods of developing the explanatory models, namely: balance (balance equations) and variational methods (variational equations). This paper deal with the explanatory model obtained by means of the variational method. Particularly, based on the exemplar of the mathematical pendulum the creation process of such model is presented.

KEYWORDS: modeling, variational method, mechanics, dynamical systems

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.512

STRESZCZENIE: Kitesurfing, jako młoda dyscyplina sportu, wciąż wymaga wielu badań. Polscy sportowcy, w szczególności kobiety, prezentują światowy poziom w kategorii freestyle i regularnie zdobywają najwyższe laury. Ze sportem ekstremalnym wiążą się również kontuzje. By poznać schemat ich powstawania, należy najpierw poznać rozkład sił działających na zawodnika. Pływając korzystamy z deski, latawca oraz dysponujemy barem - elementem łączącym zawodnika z latawcem. W artykule autor skupił się wyłącznie na impulsach przekazywanych z deski. Przy wymuszeniach generowanych przez zafalowanie wody oraz podczas lądowania po skoku, deska oddziałuje na człowieka z pewną częstotliwością. W artykule zaprezentowano analizę modalną drgań własnych deski, przeprowadzoną w celu określenia zakresu możliwych częstotliwości oddziałujących na zawodnika.

SŁOWA KLUCZOWE: kitesurfing, drgania własne deski, analiza modalna.

ABSTRACT: Kitesurfing as a young sport discipline still requires a lot of research. Polish sportsmen, particularly women, presents the world level in a freestyle and regularly win top competitions. Extreme sports are also linked to injuries. To know the scheme of their formation, first must understand the distribution of forces effects on the kitesurfers. In this type of sailing is necessary: board, kite and bar - special element which is connecting human body with the kite. In this article, the author research is focus on pulses transmitted from the board. During sailing on the waves and landing after a jump, board acts on the man with a certain frequency. The article presents a modal analysis of the kiteboard, carried out to determine the extent of possible frequencies affecting the human body.

KEYWORDS: kitesurfing, kiteboard vibrations, modal analysis.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.513

STRESZCZENIE: W procesie budowy i eksploatacji dużych obiektów inżynierskich często zachodzi potrzeba inwentaryzacji i odtworzenia stanu rzeczywistego kształtu czy też położenia elementów konstrukcji. Powody takiej potrzeby wynikają najczęściej z braku albo nieaktualności dokumentacji w procesie wytwarzania, a jeszcze częściej przebudowy czy modernizacji. Coraz częściej potrzeby takie pojawiają się w okrętownictwie. Proces tworzenia – niejako – od nowa dokumentacji obiektu rzeczywistego jest nazywany „inżynierią odwrotną” i rozwija się obecnie intensywnie z racji pojawienia się szeregu nowych urządzeń do bezdotykowego pozyskiwania danych z rzeczywistych obiektów konstrukcyjnych, a następnie ich przetwarzania. W artykule przedstawiono ideę, instrumenty i przykłady realizacji procesów z obszaru inżynierii odwrotnej w okrętownictwie.

SŁOWA KLUCZOWE: proces projektowania, inżynieria odwrotna, instrumenty pomiarowe

ABSTRACT: During the process of manufacturing or exploitation time o floating object, very often necessity of inventory control for recovery of technical documentation of real shape or installation’s scheme took place. Such needs is caused because of lack or out to date documentation of object, especially during the process of refitting or modernization. Such process of creation - from none – of the documentation of existing object is called “reverse engineering” and is widely developed nowadays because of new generations of non-touching measurements instruments as well as programs for such data acquired processing. In the paper the idea, instrumentation and case studies of reverse engineering in shipbuilding industry are presented.

KEYWORDS: design process, reverse engineering, measurement tools

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.10.514