Nestabilita proudění vzduchu v jeskynním systému

Bc. Hana Tlustošová

Bachelor's thesis

Nonstability of airflows in cave system

Abstract:

Proudění vzduchu v typicky dynamické Císařské jeskyni v Moravském krasu bylo studováno na základě přejatého souboru dat. Proudění vzduchu bylo nestabilní a oscilovalo. Oscilace s největší amplitudou vykazovalo proudění vzduchu s průměrnou hodnotou 0,026 m3/s v úrovni horního vchodu při UAF módu při průměrné venkovní teplotě 9,7 °C. Téměř stabilní proudění bez oscilací bylo naměřeno u spodního vchodu jeskyně v DAF módu při průtoku 0,052 m3/s a průměrné venkovní teplotě 0,3 °C. Testovala se otázka, zda oscilace v proudění jsou důsledkem rezonance jeskyně a zda je relevantní obvyklý matematický model - Helmholtzův rezonátor. Po převedení naměřených dat do frekvenční domény Fourierovou transformací byly v oscilacích nalezeny významné periody 2,07 min., 2,43 min., 2,54 min., 3,29 min., 3,5 min., 4 min., 4,66 min. a 6,22 min. Pokud by se jeskyně chovala jako Helmholtzův rezonátor, proudění by vykazovalo jeden dominantní rezonanční kmitočet. Proudění v Císařské jeskyni však vykazuje násobné oscilace s periodami od dvou minut do šesti minut, což zpochybňuje, že oscilace jsou důsledkem rezonančních jevů.

Abstract:

Based on adopted data, airflow in the Císařská Cave, typical dynamical cave, was studied. The cave airflow was unstable and oscillatory. The oscillations with highest amplitudes occurred at the airflow varying about the value of 0.026 m3/s and the average external temperature of 9.7 °C. These data were measured at the upper entrance of the cave during the upward airflow (UAF) ventilation mode. Almost stable airflow without oscillations occurred at the airflow about 0.052 m3/s and the average external temperature of 0.3°C. These data were measured at the lower cave entrance during downward airflow (DAF) ventilation mode. It was tested whether the oscillations are results of cave resonance and whether Helmholtz’s resonator, is appropriate mathematical model. After transformation of the time series into frequency domain by the Fast Fourier Transformation, there were found important periods of 2.07 min., 2.43 min., 2.54 min., 3.29 min., 3.5 min., 4 min., 4.66 min., and 6.22 min. In case that the cave behavior was consistent with the Helmholtz resonator, than the airflow should have only one dominant resonance frequency. Therefore, these results question the thesis about those oscillations are caused by resonance phenomena.

Keywords

Císařská jeskyně, Helmholtzův rezonátor, hustota, tlak, krasové procesy, oscilace, proudění vzduchu, teplotní rozdíl, ventilace jeskyně, vlhkost

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 1. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 11. 2. 2014
• Supervisor: doc. Ing. Jiří Faimon, Dr.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Geology / Geology