Az áramlástan alapjai Bevezető előadás ( II)

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Áramlástan Tanszék Az áramlástan alapjai Bevezető előadás ( II) Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus A tantárgyhoz tartozó anyagok a weboldalunkon: / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEATAKM1 / II Áramlástan Tanszék H-1111 Budapest, Bertalan Lajos u BME Ae épület

2 Tanszéki bemutatkozás József Nádor Műegyetem: Aerodinamikai Intézet ( Ae ép.) szélcsatornák építése (német mintára) Tanszékvezetés: Dr. Gruber József, Dr. Szentmártony Tibor Dr. Lajos Tamás, 2008-től jelenleg Dr. Vad János 2 egyetemi tanár, 2 docens, 1 adjunktus, 3 tanársegéd, 1 tud. munkatárs, 2 tud. segédmunkatárs, 2 tanszéki mérnök, 5 Ph.D. hallgató (3-VBK, 1-TTK, 1-GPK) Oktatás: 8 BSc / 8 MSc szak, PhD, kifutó, levelező és szakképzés Áramlástan /BSc,MSc/ (17), Áramlástan /egyéb/ (20), évenként ~1600 hallgató, 22 féle tantárgyban hallgatói mérések, Korszerű méréstechnika (szélcsatorna labor, Lézer Doppler Anemométer, hődrót-szondák, nyomás és sebesség mérése, számítógépes mérés-jelfeldolgozás) Numerikus áramlástani szimuláció = CFD Computational Fluid Dynamics szoftverek: ANSYS-FLUENT, AmeSim ( Nemzetközi kapcsolatok: B, D, A, UK, USA, I, F, Von Kármán Institute for Fluid Dynamics (B), egyetemekkel: Cranfield Uni (GB) La Sapienza Roma (I), Karlsruhe (D), Drezda (D), Magdeburg(D), Graz(A), Siegen(D), stb. kutatás & fejlesztési nyertes pályázatok. Ipari kapcsolatok: Richter, MOL, GE, AUDI, FORD, SUZUKI, Cascade Eng., Dunaferr, Knorr-Bremse, Transelektro, IFT Hungaria, Bouygues Hungária, Visteon, Siemens, EGI, ERBE, ARCADOM stb. Kármán Tódor Gruber József

3 Kísérleti vizsgálatok ÁRAMLÁSTAN (elmélet) Numerikus szimuláció

4 1934 Aerodinamikai Intézet ( Ae épület) szélcsatornák építése Vízszintes légáramú, recirkulációs, nyitott mérőterű Göttingen típusú szélcsatorna

5 Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áramú szélcsatorna

6 Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áram szélcsatorna

7 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA rendezvénysorozat 2008: motoros 2009: műlesikló, síugró

8 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA péntek 18-24h Magyar Bobcsapat: bob és szánkó szélcsatorna bemutató

9 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA péntek 18-24h Magyar Bobcsapat: bob és szánkó szélcsatorna bemutató Gyulai Márton konferál Vizualizáció különböző testhelyzetekben Concorde modell az NPL szélcsatornában Szabadsugár vizualizáció lézersíkkal

10 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA péntek 18-24h Főműsorszám: versenykerékpáros (dr. Harsányi Zsuzsanna triatlon, Ironman, Big Man világbajnok 2010, 2011) szélcsatorna bemutatója YOUTUBE!

11 Szélcsatornák máshol. = google ( wind tunnel )

12 szélcsatornák építése Függőleges légáramú, recirkulációs, nyitott mérőterű Göttingen típusú szélcsatorna

13 NYITOTT MÉRŐTÉR anno

14 ZÁRT MÉRŐTÉR anno

15 anno

16 anno

17 anno

18 anno

19 anno WM 23 EZÜST NYÍL

20 WM 23 EZÜST NYÍL

21 Német hadiipari megrendelések.a Luftwaffe személyes felügyeletével 2. világháborús rakétafejlesztések (V1-V2) (fotók nincsenek) anno <1945 A háború végén viszont bombatalálatot is kapott a szélcsatorna külső épületszárnya

22 A háború után szovjet hadiipari megrendelések... lettek volna, de a tanszékvezető letagadta, hogy értenének bármiféle ilyen bonyolult áramlástani kérdéshez.(mai tankönyv 12. fejezete) anno 1945 után Így átálltak ventilátor fejlesztésre (bányaipar, erőművi ventilátorok, nehézipar, stb.) Minden hallgatói mérés során valamilyen ventilátorral áramoltatunk levegőt. DE HALLGATÓ NEM LÉPHET BE A LABORBA, HA NEM VETTE TUDOMÁSUL A MUNKA- ÉS TŰZVÉDELMI ÚTMUTATÓBAN ELHANGZOTTAKAT!* *Különben a Tanszék nem vállalhat felelősséget egy esetleges balesetért!

23 Járműáramlástan (aerodinamikai vizsgálatok, 1960-as évek) Dr. Preszler László

24 Járműáramlástan (aerodinamikai vizsgálatok, 1980-as évek)

25 Járműáramlástan (megrendelő: PORSCHE A.G., 1990-es évek) Akkor még egyedülálló volt a járműhöz képest mozgó úttestet szimuláló futószalag-rendszerünk. (ld. relatív koordinátarendszer!) NINCS SAJÁT KÉP,mert ezek TITKOS projektek

26 Járműáramlástan (Tasi János formatervező, 1990-es évek)

27 Járműáramlástan modellépítés, szélcsatorna tesztek

28 Járműáramlástan szélcsatorna tesztek nyomáseloszlás mérés

29 Járműáramlástan szélcsatorna tesztek formatervezés..

30 Vízszintes, nyitott mérőterű szélcsatorna

31 Forgóasztal modell terepasztalhoz (szélirány beállítása) Raiffeisen tornyok szélterhelésének mérése Papp László SportAréna szélterhelésének mérése

32 Papp László Sportaréna szélterhelésének szélcsatorna vizsgálata Measurement Points TOP Front: OPEN Budapest Arena - WIND DIRECTIONS LEFT 060 REAR 030 FRONT model width, x [mm] 090 d Z b X RIGHT model length, y [mm] TOP e Y Position of the ORIGIN of the coordinate system is in the centerline, at the distance of 302 mm from the model FRONT edge. ORIGIN(x,y,z)=(0,0,0) origin Y Z X f g Z X model width, x [mm] a, b, c, d, e, f: Internal Measurement Points g, h: Internal Measurement Points / FRONT OPEN / h c a model length, y [mm] Y Measurement Points MÉRÉS SZÁMÍTÁS

33 Numerikus szimuláció /CFD/ Papp László Sportaréna - belső klíma

34 Numerikus szimuláció /CFD/ Papp László Sportaréna színpadtűz havária

35 Ganz Ipartelep - Millenáris Park Moszkva tér, Széna tér, MAMMUT I-II, előtte utána

36 Millenniumi Városközpont

37 Szabadtéri sátorszerkezetek szélterhelésének szélcsatorna vizsgálata Jégstadion (Németország) Üzletközpont Bild 6. Druckbeiwerte an äusserer Oberfläche ( Cpa [-] ) Windrichtung 0 1:300 0

38 SPANDOME Center (USA) szabadtéri színpad sátorszerkezetére ható szélerő

39 Steetley Building (UK) üzemcsarnokra ható szélterhelés (2008)

40 Numerikus szimuláció: autóbusz hátfalsárosodás, nyomáseloszlás Cp Nyom áseloszlás a hátfal szim m etriasíkjában buszhatfal1-0.6 Mért értékek Cp Nyomaseloszlas a buszhomlokfal a szim m etriasíkjában Mért értékek Buszhomlokfal ív koordináták -5 Ívkoordináták

41 IKARUS buszok hátfal sárosodás-vizsgálata 1980-as évek.. és 2005

42 Áramlás a forgó kerék házában, jármű és talaj között (CFD és szélcsatrona vizsgálatok: szabványos Ahmed testen) Addition of wheelhouses and rotating wheels to a car body Increase in drag and lift coefficient

43 Áramlás a forgó kerék házában, jármű és talaj között (CFD és szélcsatrona vizsgálatok: szabványos Ahmed testen) REFERENCE CASE WHEEL SPOILERS REDUCED SIZED WHEEL SPOILERS TRAPEZOID VORTEX GENERATOR BAFFLES RIM OPENING/CLOSING

44 Áramlás a forgó kerék házában, jármű és talaj között (CFD és szélcsatrona vizsgálatok: szabványos Ahmed testen) REFERENCE CASE WHEEL SPOILERS REDUCED SIZED WHEEL SPOILERS TRAPEZOID VORTEX GENERATOR BAFFLES RIM OPENING/CLOSING

45 Ellenállástényező (+/-) változások: REFERENCE CASE WHEEL SPOILERS REDUCED SIZED WHEEL SPOILERS TRAPEZOID VORTEX GENERATOR BAFFLES RIM OPENING/CLOSING

46 Numerikus szimuláció: áramlás egyedülálló forgó kerék körül álló kerék forgó kerék

47 Járműáramlástan nem csak szélcsatorna létezik!

48 ha már járműáramlástan.

49 aerodinamika / design / marketing Aerodinamikai tervező mérnököt megkéri a főnök 86-ban: -Tervezz egy minél kisebb áramlási ellenállástényezőjű de még utcai versenyautó karosszériát! A mérnök és a designer összeül, és áramlástani megfontolások, márka- és stílusjegyek figyelembevételével megtervezik az autó minden paraméterét. Kész a BMW E30 M3.

50 aerodinamika / design / marketing Akkor jön a marketinges és megkéri a fotóst, hogy szélcsatorna mérés ide vagy oda, de a prospektusba azért ennél még áramvonalasabbnak tűnő képet szeretne! A prospektusba ez kerül.. Vízszint! Na a jobb felső kép ugye kis csalás, mert a fotóst arra kérték, hogy tegye ő is áramvonalasabbá az autót ültetés nélkül! (lásd alsó kép)

51 aerodinamika / design / marketing Vagy jobb esetben a marketinges egy megfelelő áramlástani képzettségű művészt kér meg.

52 aerodinamika + design + Newton-féle viszkozitási törvény (τ) áramlás láthatóvá tétele: a test felületére ecsettel felvitt titánoxid por pertóleumos oldata áramlás láthatóvá tétele: otthon = koszos autóval sztráda után esőben ) Valójában a felületi nyírófeszültség eloszlás bemutatására szolgál. (ld. jobb oldali képek) BMW e91 M3 coupe - Le Mans

53 aerodinamika / design / marketing.vagy rosszabb esetben egy másikat, akit valószínűleg annyira azért nem érdekelt az áramlástani vonatkozás. és nagyon sok ideje volt

54 aerodinamika / design / marketing.viszont talán van olyan Önök közül, akit érdekelnek majd a részletek is. v 2 R = ρ 1 p n vízszint!

55 a részletek v 2 R = ρ 1 p n

56

57 FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata az áramlás s láthatl thatóvá tételével Fénysíkos láthatóvátétel Lézersíkos láthatóvátétel

58 FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata az áramlás s láthatl thatóvá tételével Lézersíkos láthatóvátétel

59 FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata áramlás láthatóvátételével Lézersíkos láthatóvátétel

60 Forgógépek kutatás & fejlesztése lézer LDA optika ablakok fotomultiplier légbeszívás fojtólap szögjeladó ventilátor x - y mozgatószerkezet x y cseppgenerátor beszívó tölcsér (axiális ventilátorok) Lézer Doppler mérés Numerikus szimuláció CFD számítás R R P P A 0.1u c O C U CF H PV θ [deg] A O 0.1 u C CF c H U PV S ST T W V θ [deg] S ST T W P P

61 Belsőégésű motor kipufogó-rendszerének numerikus vizsgálata: katalizátor áramlástani optimalizációja

62 Numerikus szimuláció (CFD) egy radiális szivattyúban: nyomáseloszlás

63 Gépjármű üzemanyag-szivattyújának numerikus szimulációja

64 Gőzturbina-lapát körüli áramlás numerikus számítása (SIEMENS) rögzített koordináta rendszer forgó koordináta rendszer

65 Szélforgók mérése szélcsatornában pontonhíd a Dunán (SuperGroup akció )

66 Magyar Állami Operaház szellőzéstechnikai vizsgálata /áramvonalak és hőmérséklet-eloszlás a nézőtéren/

67

68

69

70

71

72

73

74 Áramlástan Tanszék

75 Az áramlástan alapjai c. tantárgy BME / VBK / Környezetmérnök BSc alapszak (BMEGEÁTAKM1) áramlástan = folyadékok mechanikája (Fluid Mechanics / Dynamics, Fluidmechanik) közeg = folyadék (folyékony v. gáz halmazállapotú közegek, legtöbbször víz v. levegő) valós és ideális közegek tulajdonságai álló és mozgó folyadékok leírása 1, 2, 3 dimenzió kezelése koordináta rendszer megválasztása: (x,y,z) ill. (r,ϕ); abszolút vagy relatív rendszerből való megfigyelés t [s] időben változó (instacioner) folyamatok műveletek fizikai mennyiségekkel, egyenletek kezelése: általános (matematikai) alapok skalár (p, T, ρ) és vektor (v, g) mennyiségek megváltozása pl. ( p, T, ρ, v, ) folyadékmozgást leíró mozgásegyenletek (Euler-, Bernoulli-, Navier-Stokes-egyenlet) cél: jellemzők meghatározása 2D-3D, térben és időben állandó (stac.) ill. változó (instac.) jellemzők nyomás p (x,y,z,t), nyomáskülönbség p (pl. jármű homlokfal, toronyház homlokzatok) sebességmegoszlás v (x,y,z, t), gyorsulás, impulzus (pl. alagútszellőzés, hófogórács) közegről a testre ható erő (szélturbina, szárny), testről a közegre ható erő (ventilátor) mérnöki mennyiségek: q v [m 3 /s] térfogatáram, q m [kg/s] tömegáram, F e ellenálláserő, F f [N], M nyomaték [Nm], P teljesítmény [W] stb. felhajtóerő

76 Lajos Tamás: AZ ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI ISBN legújabb, javított, bővített kiadás (2008) ingyenes DVD melléklettel Korábbi kiadások is megfelelőek! Egyetemi Könyvesbolt (E épület földszint) Ft Universitatis könyvesbolt (Irinyi József utca 23.) 4500Ft / 4275Ft (Cégeknek ÁFA-s számlára a könyv ára 9000 Ft + ÁFA). Forgalmazza még az ELTE Eötvös Kiadó hálózata is. (5060Ft / 4503Ft)

77 Lajos Tamás: AZ ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI legújabb, javított, bővített kiadás (2008), ingyenes DVD melléklettel Tartalomjegyzék: 1. Folyadékok sajátosságai, fizikai mennyiségek és leírásuk 2. Kinematika és a folytonosság tétele 3. Az Euler-egyenlet és a Bernoulli-egyenlet 4. Alkalmazások 5. Örvénytételek 6. Áramlástani mérések 7. Az impulzustétel és alkalmazásai 8. A súrlódásos közegek áramlása 9. Határrétegek 10. Hidraulika 11. Az áramlásba helyezett testekre ható erő 12. Összenyomható közegek áramlása ELŐADÁS: csütörtök 14-16h (CHA20) HONLAPON: / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEATAKM1

78 2012. február május Köszönöm a figyelmet!