Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar

Átírás

1 ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar II. Áramlástan BMEGEÁTAT01 Ipari termék- és formatervező alapszak (BSc) GPK BEVEZETŐ ELŐADÁS Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus Tantárgyhoz tartozó anyagok: / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEATAT01 / II Áramlástan Tanszék H-1111 Budapest, Bertalan Lajos u AE épület

2 ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar II. Áramlástan I. BMEGEÁTAM21 Mechatronikai mérnök alapszak (BSc) GPK BMEGEÁTAM11 Mechatronikai mérnök alapszak (BSc) GPK BMEGEÁTAM01 Mechatronikai mérnök alapszak (BSc) GPK II. Az áramlástan alapjai BMEGEÁTAKM1 Környezetmérnök alapszak (BSc) VBK BEVEZETŐ ELŐADÁS Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus Tantárgyhoz tartozó anyagok: / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEAT???? / II Áramlástan Tanszék H-1111 Budapest, Bertalan Lajos u AE épület

3 Tanszéki bemutatkozás József Nádor Műegyetem: Aerodinamikai Intézet (ma AE épület) szélcsatornák építése (német mintára) Tanszékvezetés: Dr. Gruber József, Dr. Szentmártony Tibor Dr. Lajos Tamás, 2008-tól jelenleg Dr. Vad János 1 egyetemi tanár, 3 docens, 1 adjunktus, 3 tanársegéd, 2 tud. munkatárs, 2 tud. segédmunkatárs, 3 tanszéki mérnök, 5 Ph.D. hallgató Oktatás: BSc / MSc, PhD, és szakképzés Áramlástan /BSc,MSc/ (17), Áramlástan /egyéb/ (20), évenként ~1600 hallgató, 22 féle tantárgyban hallgatói mérések, Korszerű méréstechnika (szélcsatorna labor, Lézer Doppler Anemométer, hődrótszondák, nyomás és sebesség mérése, számítógépes mérés-jelfeldolgozás) Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium (6 szélcsatorna) YOUTUBE channel, FACEBOOK profilok Numerikus áramlástani szimuláció = CFD Computational Fluid Dynamics szoftverek: ANSYS-FLUENT, Miskam, AmeSim, + SoundPlan Nemzetközi kapcsolatok: B, D, A, UK, USA, I, F, Von Kármán Institute for Fluid Dynamics (B), egyetemekkel: La Sapienza Roma (I), Karlsruhe (D), Drezda (D), Magdeburg(D), Graz(A), Siegen(D), stb. kutatás & fejlesztési nyertes pályázatok = 130 MFt Ipari kapcsolatok: MOL, GE, AUDI, FORD, SUZUKI, Cascade Eng., Dunaferr, Knorr-Bremse, Transelektro, IFT Hungaria, Bouygues Hungária, Visteon, Siemens, EGI, ERBE, ARCADOM, SMG-SISU, KORAX, stb. Kármán Tódor Gruber József

4 Kísérleti vizsgálatok ÁRAMLÁSTAN (elmélet) Numerikus szimuláció

5

6 ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK BME Ae épület H-1111 Budapest Bertalan L. u. 4-6.

7 Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áram szélcsatorna

8 Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áram szélcsatorna

9 1934 Aerodinamikai Intézet ( AE épület) szélcsatornák építése Vízszintes, recirkulációs légáramú, nyitott mérőterű Göttingen-típusú szélcsatorna

10 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA nyitott labor minden évben egy szeptember végi péntek (18h-éjfélig) 2007: Csáji Attila fényművész bemutatója Játék a fénnyel a szélcsatornában + Baditz Gyula (szobrász) Paracelsus rózsái

11 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2008 GPK hallgató saját motorján onlány ellenálláserő és teljesítmény mérése

12 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2009 műlesikló, síugró

13 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2010 Magyar Bobcsapat: bob és szánkó szélcsatorna bemutató

14 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2010 Magyar Bobcsapat: bob és szánkó szélcsatorna bemutató Gyulai Márton konferál Vizualizáció különböző testhelyzetekben Concorde modell az NPL szélcsatornában Szabadsugár vizualizáció lézersíkkal

15 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2011 Főműsorszám: versenykerékpáros (dr. Harsányi Zsuzsanna triatlon, Ironman, Big Man világbajnok 2010, 2011) szélcsatorna bemutatója

16 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2011 Egyebek (minden évben)

17 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2012 Főműsorszám idén: gyorskorcsolyázó olimpikonok tesztelése MAGYAR ORSZÁGOS KORCSOLYA SZÖVETSÉG edző: Tarcali Attila DARÁZS Péter (1985) - kétszeres olimpikon Torino/ Vancouver, - -Európa-bajnoki ezüstérmes - -magyar bajnok LÓTH Dávid Manó (1986) magyar bajnok

18 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA (gyorskorcsolya) TELJESÍTMÉNY [W] (statikus vizsgálat): P=Ps+Pe Ps = kb. 5-15% KORCSOLYA ÉLSÚRLÓDÁS veszteségteljesítmény az acél és a jég közötti vízzel nedvesített kapcsolatban a súrlódási erő a test súlyának csak 1,5%-a (v.ö. Autókerék aszfalton szárazon: 30%) Tömeg Súly m[%] egyenes m[%] kanyar Súrl.erő Fs[N] V[km/h] Telj. Ps[W] Telj. Pe[W] Össz: P[W] 60kg 600N km/h ~ 740 W 70kg 700N km/h ~ 750 W 80kg 800N km/h ~ 760 W Pe = kb % TEST LÉGELLENÁLLÁSA Fe [N] ellenálláserő = ce r/2 v 2 A vet ce [N] ellenállástényező (~ ) Avet [m 2 ] test vetület keresztmetszet (poz. függő). ( m 2 ) v [m/s] mozgási sebesség (világcsúcstartó átlagsebessége kb. 50km/h r [kg/m 3 ] levegő sűrűsége (1.2kg/m 3 ) P [W] teljesítmény (P=F v)

19 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2013 Főműsorszám idén:??????? BME Formula Racing Team versenyautója?

20 Szélcsatornák máshol. google kép:.. wind tunnel : Nagyjából találat (0,38 másodperc) találat (0,38 másodperc) szélcsatorna : Nagyjából találat (0,47 másodperc)

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

22 NYITOTT MÉRŐTÉR anno

23 ZÁRT MÉRŐTÉR anno

24 anno

25 anno

26 anno

27 anno

28 anno WM 23 EZÜST NYÍL

29 WM 23 EZÜST NYÍL

30 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

31 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!

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

33 Járműáramlástan (aerodinamikai vizsgálatok, 1980-as évek)

34 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 J

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

36 Járműáramlástan modellépítés, szélcsatorna tesztek

37 Járműáramlástan szélcsatorna tesztek nyomáseloszlás mérés

38 Szakmai gyakorlatból TDK első helyezés (2012), a végleges formatervből nemzetközi siker a modern Jaguar E-Type koncepció. Varga László, a Gépészmérnöki Karon frissen diplomázott Ipari termék- és formatervező mérnök sosem tanult járműtervezést, de az 1961-ben elkészült, azóta is az egyik legszebb autónak tartott Jaguar E-type tervezőjének, Malcolm Sayernek unokája szerint ez az eddigi legszebb E-Type újragondolás. Az alkotó a Gépés Terméktervezés Tanszék modellkészítő műhelyében kezdte el építeni az autó 1:5 méretarányú agyagmodelljét, melynek létrejöttét a Varinex Zrt. és a Formula University Közhasznú Egyesület is támogatja.

39 Járműáramlástan szélcsatorna tesztek formatervezés itt és ott..

40 Vízszintes, nyitott mérőterű szélcsatorna Behind the scenes

41 HAMU ÉS GYÉMÁNT (2003) Ember és levegő fotósorozat Gádorfalvi Luca szörfbajnok mint modell

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

43 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 mmfrom 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

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

45 Numerikus szimuláció /CFD/ Papp László Sportaréna színpadtűz havária

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

47 Millenniumi Városközpont

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

49 SPANDOME Center (USA) szabadtéri színpad sátorszerkezetére ható szélerő

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

51 Numerikus szimuláció: autóbusz hátfalsárosodás, nyomáseloszlás Cp Nyom áseloszlás a hátfal szim m etriasíkjában buszhatfal1-0.6 Mért értékek Cp Nyom aseloszlas a buszhom lokfal a szim m etriasíkjában Mért értékek Buszhomlokfal ív koordináták -5 Ívkoordináták

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

53 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

54 Áramlás a forgó kerék házában, jármű és talaj között (CFD és szélcsatrona vizsgálatok: szabványos Ahmed testen)

55 Áramlás a forgó kerék házában, jármű és talaj között (CFD és szélcsatrona vizsgálatok: szabványos Ahmed testen)

56 Ellenállástényező (+/-) változások:

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

58 Járműáramlástan nem csak szélcsatorna létezik!

59 ha már járműáramlástan.

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

61 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)

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

63 aerodinamika + design + Newton-féle viszkozitási törvény (t) 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)

64 aerodinamika / design / marketing.vagy rosszabb esetben egy másikat, akit valószínűleg annyira azért nem a streamlining érdekelt.j Kell egy bizonyos kitartás ehhez (!? m 2 )

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

66 a részletek v 2 1 p = R r n

67

68 FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata az áramlás láthatóvá tételével Fénysíkos láthatóvátétel Lézersíkos láthatóvátétel

69 FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata az áramlás láthatóvá tételével Lézersíkos láthatóvátétel

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

71 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 q [deg] A O 0.1u C CF c H U PV S ST T W V q [deg] S ST T W P P

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

73 Numerikus szimuláció (CFD) egy radiális szivattyúban: nyomáseloszlás

74 Gépjármű üzemanyag-szivattyújának numerikus szimulációja

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

76 Szélforgók mérése szélcsatornában pontonhíd a Dunán (SuperGroup akció )

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

78

79

80

81

82

83

84

85 Áramlástan Tanszék

86 ÁRAMLÁSTAN tantárgy Miről lesz szó? 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,j); abszolút vagy relatív rendszerből való megfigyelés t [s] időben változó (instacioner) folyamatok műveletek fizikai mennyiségekkel, egyenletek kezelése: általános (matematikai) alapok skalár (p, T, r) és vektor (v, g) mennyiségek megváltozása pl. (Dp, DT, Dr, Dv, ) 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 Dp (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

87 Lajos Tamás: AZ ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI ISBN legújabb, javított, bővített kiadás (2008) ingyenes DVD melléklettel Korábbi kiadások 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)

88 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 (Önöknek nem tananyag) ELŐADÁSOK Csüt. 14:15-15:45h MGFEA Környezetmérnök BSc (VBK), Mechatronikai mérnök BSc (GPK), Ipari termék- és formatervező mérnök BSc (GPK)

89 2013. február 2013 nyár

90 Köszönöm a figyelmet!

91 TanszékBME-Department-of-Fluid- Mechanics/