PÉNTEK 10:15-12:00h, K155

Átírás

1 ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar I. Áramlástan BMEGEÁTAT01 Ipari termék- és formatervező alapszak (BSc) GPK PÉNTEK 10:15-12:00h, K155 BEVEZETŐ ELŐADÁS Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus Tantárgyhoz tartozó anyagok: / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEATAT01 / I Áramlástan Tanszék H-1111 Budapest, Bertalan Lajos u AE épület

2 ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar I. Áramlástan I. régi kód még régebbi kód KEDD 12:15-14:00h, K155 BEVEZETŐ ELŐADÁS Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus BMEGEÁTAM21 Mechatronikai mérnök alapszak (BSc) GPK BMEGEÁTAM11 BMEGEÁTAM01 Az áramlástan alapjai BMEGEÁTAMK1 Környezetmérnök alapszak (BSc) VBK Tantárgyhoz tartozó anyagok: / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEAT???? / I Áramlástan Tanszék H-1111 Budapest, Bertalan Lajos u AE épület

3 infó Áramlástan Tanszék (műegyetemi honlap)

4 infó Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium

5 infó Áramlástan Szakosztály

6 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 2 nyug. 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, hődrót-szondák, 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

7 Kísérleti vizsgálatok ÁRAMLÁSTAN (elmélet) Numerikus szimuláció

8 Nincs praktikusabb egy jó elméletnél Ludwig Boltzmann Bp Raiffeisen tornyok egyedi magasház statika és szennyezőanyag-terjedés Bp József Nádor tér mélygarázs szellőző kivezetések optimalizálása Dunaújváros: M6 Duna-híd Hídra ható szélterhelés dinamikai vizsgálata

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

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

11 Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áram szélcsatorna

12 Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áram szélcsatorna

13 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

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

15 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2009 műlesikló, síugró

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

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

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

19 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2011 Egyebek (minden évben)

20 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

21 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)

22 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2013 Főműsorszám idén: BME Formula Racing Team

23 KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2013

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

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

26 NYITOTT MÉRŐTÉR anno

27 ZÁRT MÉRŐTÉR anno

28 anno

29 anno

30 anno

31 anno

32 anno WM 23 EZÜST NYÍL

33 WM 23 EZÜST NYÍL

34 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

35 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 ipari ventilátor fejlesztésre (bányaipar, erőművi ventilátorok, nehézipar, épületgépészet, 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!

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

37 Járműáramlástan (aerodinamikai vizsgálatok, 1980-as évek)

38 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

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

40 Járműáramlástan modellépítés, szélcsatorna tesztek

41 Járműáramlástan szélcsatorna tesztek nyomáseloszlás mérés

42 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.

43 Járműáramlástan szélcsatorna tesztek formatervezés itt és ott..

44 Vízszintes, nyitott mérőterű szélcsatorna Behind the scenes

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

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

47 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

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

49 Numerikus szimuláció /CFD/ Papp László Sportaréna színpadtűz havária

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

51 Millenniumi Városközpont

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

53 SPANDOME Center (USA) szabadtéri színpad sátorszerkezetére ható szélerő

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

55 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

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

57 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

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

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

60 Ellenállástényező (+/-) változások:

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

62 Járműáramlástan nem csak szélcsatorna létezik!

63 szélcsatornáink Szélcsatorna Nagy vízszintes szélcsatorna Függőleges szélcsatorna ABL Határréteg szélcsatorna NPL típusú szélcsatorna Típus vízszintes göttingeni függőleges göttingeni határréteg NPL Mérőtér nyitott nyitott zárt zárt Mérőtér hossza [m] 5,7 1,4 2 (0.8) 2 Szélcsatornák fő paraméterei Mérőtér szélessége [m] 2,6 1,4 2,2 0,5 Mérőtér magassága [m] 2,6 2,5 1,6 0,5 Maximális sebesség [m/s] Maximális turbulencia intenzitás [%] 0,3 0,3 0,5 1

64 Kis szélcsatornáink NPL, Blackbird,

65 Kis szélcsatornáink Mozgó talajt szimuláló futószalag

66 ABL (atmospheric boundary layer) szélcsatorna Szélcsatornák fő paraméterei

67 ha már járműáramlástan.

68 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.

69 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)

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

71 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)

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

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

74 a részletek v 2 1 p = R r n

75

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

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

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

79 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

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

81 Numerikus szimuláció (CFD) egy radiális szivattyúban: nyomáseloszlás

82 Gépjármű üzemanyag-szivattyújának numerikus szimulációja

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

84 Szélforgók mérése szélcsatornában pontonhíd a Dunán (SuperGroup akció )

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

86 Dr. Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai tankönyv DVD mellékletéből példák.

87 Dr. Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai tankönyv DVD mellékletéből példák.

88 Dr. Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai tankönyv DVD mellékletéből példák.

89 Dr. Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai tankönyv DVD mellékletéből példák.

90

91

92 Áramlások láthatóvá tétele

93 Áramlások láthatóvá tétele

94 Áramlások láthatóvá tétele Áramlástan Tanszék

95 ÁRAMLÁSTAN tantárgy tematikája Miről lesz szó a félév során? áramlástan = folyadékok mechanikája (Fluid Mechanics / Dynamics, Fluidmechanik/Strömungslehre) 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

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

97 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 kedd 12.14h K155, péntek 1012h K155 Mechatronikai mérnök BSc (GPK), Ipari termék- és formatervező mérnök BSc (GPK) Környezetmérnök BSc (VBK),

98 2013. szeptember 2013 december

99 Köszönöm a figyelmet!

100 Áramlástan Tanszék Kármán Tódor Szélcsatrona Laboratórium Áramlástan Szakosztály Oktatók véleményezése