Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Áramlástan Tanszék www.ara.bme.hu Az áramlástan alapjai Bevezető előadás (2011-2012-II) Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus suda@ara.bme.hu A tantárgyhoz tartozó anyagok a weboldalunkon: www.ara.bme.hu / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEATAKM1 / 2011-2012-II Áramlástan Tanszék H-1111 Budapest, Bertalan Lajos u. 4-6. BME Ae épület
Tanszéki bemutatkozás www.ara.bme.hu 1934. József Nádor Műegyetem: Aerodinamikai Intézet ( Ae ép.) 1938-1941 szélcsatornák építése (német mintára) Tanszékvezetés: 1945-1972 Dr. Gruber József, 1972-1991 Dr. Szentmártony Tibor 1991-2008 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 (www.cfd.hu) 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
Kísérleti vizsgálatok ÁRAMLÁSTAN (elmélet) Numerikus szimuláció
1934 Aerodinamikai Intézet ( Ae épület) 1938-1941 szélcsatornák építése Vízszintes légáramú, recirkulációs, nyitott mérőterű Göttingen típusú szélcsatorna
Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áramú szélcsatorna
Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áram szélcsatorna
KUTATÓK ÉJSZAKÁJA rendezvénysorozat 2008: motoros 2009: műlesikló, síugró
KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2010.09.24. péntek 18-24h Magyar Bobcsapat: bob és szánkó szélcsatorna bemutató
KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2010.09.24. péntek 18-24h Magyar Bobcsapat: bob és szánkó szélcsatorna bemutató Gyulai Márton konferál Vizualizáció különböző testhelyzetekben Concorde modell az NPL szélcsatornában Szabadsugár vizualizáció lézersíkkal
KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2011.09.23. péntek 18-24h Főműsorszám: versenykerékpáros (dr. Harsányi Zsuzsanna triatlon, Ironman, Big Man világbajnok 2010, 2011) szélcsatorna bemutatója YOUTUBE!
Szélcsatornák máshol. = google ( wind tunnel )
1938-1941 szélcsatornák építése Függőleges légáramú, recirkulációs, nyitott mérőterű Göttingen típusú szélcsatorna
NYITOTT MÉRŐTÉR anno 1938-44
ZÁRT MÉRŐTÉR anno 1931-44
anno 1938-44
anno 1938-44
anno 1938-44
anno 1938-44
anno 1941-44 WM 23 EZÜST NYÍL 1941-1944
WM 23 EZÜST NYÍL 1941-1944
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
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!
Járműáramlástan (aerodinamikai vizsgálatok, 1960-as évek) Dr. Preszler László
Járműáramlástan (aerodinamikai vizsgálatok, 1980-as évek)
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
Járműáramlástan (Tasi János formatervező, 1990-es évek)
Járműáramlástan modellépítés, szélcsatorna tesztek
Járműáramlástan szélcsatorna tesztek nyomáseloszlás mérés
Járműáramlástan szélcsatorna tesztek formatervezés..
Vízszintes, nyitott mérőterű szélcsatorna
Forgóasztal modell terepasztalhoz (szélirány beállítása) Raiffeisen tornyok szélterhelésének mérése Papp László SportAréna szélterhelésének mérése
Papp László Sportaréna szélterhelésének szélcsatorna vizsgálata Measurement Points TOP Front: OPEN Budapest Arena - WIND DIRECTIONS LEFT 060 REAR 030 FRONT 000-300 -200-100 0 100 200 300 model width, x [mm] 090 d Z 24 25 90 91 92 63 62 120 150 b X 1617 84 RIGHT 85 86 72 71 model length, y [mm] -300-200 -100 0 100 200 300 400 300 270 180 20 21 TOP 87 88 89 68 67 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 330 104 29 37 42 47 32 38 43 48 52 33 53 f 13 12 g 93 94 81 82 83 9 8 99 98 5 4 Z X 210-300 -200-100 0 100 200 300 model width, x [mm] 80 103 79 102 a, b, c, d, e, f: Internal Measurement Points 95 5857 76 75 240 g, h: Internal Measurement Points / FRONT OPEN / h c a -300-200 -100 0 100 200 300 400 model length, y [mm] Y Measurement Points MÉRÉS SZÁMÍTÁS
Numerikus szimuláció /CFD/ Papp László Sportaréna - belső klíma
Numerikus szimuláció /CFD/ Papp László Sportaréna színpadtűz havária
Ganz Ipartelep - Millenáris Park Moszkva tér, Széna tér, MAMMUT I-II, előtte utána
Millenniumi Városközpont
Szabadtéri sátorszerkezetek szélterhelésének szélcsatorna vizsgálata Jégstadion (Németország) Üzletközpont Bild 6. Druckbeiwerte an äusserer Oberfläche ( Cpa [-] ) Windrichtung 0 1:300 0
SPANDOME Center (USA) szabadtéri színpad sátorszerkezetére ható szélerő
Steetley Building (UK) üzemcsarnokra ható szélterhelés (2008)
Numerikus szimuláció: autóbusz hátfalsárosodás, nyomáseloszlás Cp Nyom áseloszlás a hátfal szim m etriasíkjában 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.2-0.4 buszhatfal1-0.6 Mért értékek Cp 2 1 0 Nyomaseloszlas a buszhomlokfal a szim m etriasíkjában -0.15 0.05 0.25 0.45 0.65-1 -2 Mért értékek Buszhomlokfal1-0.8-3 -1-4 -1.2 ív koordináták -5 Ívkoordináták
IKARUS buszok hátfal sárosodás-vizsgálata 1980-as évek.. és 2005
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
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
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
Ellenállástényező (+/-) változások: REFERENCE CASE WHEEL SPOILERS REDUCED SIZED WHEEL SPOILERS TRAPEZOID VORTEX GENERATOR BAFFLES RIM OPENING/CLOSING
Numerikus szimuláció: áramlás egyedülálló forgó kerék körül álló kerék forgó kerék
Járműáramlástan nem csak szélcsatorna létezik!
ha már járműáramlástan.
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.
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)
aerodinamika / design / marketing Vagy jobb esetben a marketinges egy megfelelő áramlástani képzettségű művészt kér meg.
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
aerodinamika / design / marketing.vagy rosszabb esetben egy másikat, akit valószínűleg annyira azért nem érdekelt az áramlástani vonatkozás. és nagyon sok ideje volt
aerodinamika / design / marketing.viszont talán van olyan Önök közül, akit érdekelnek majd a részletek is. v 2 R = ρ 1 p n vízszint!
a részletek v 2 R = ρ 1 p n
FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata az áramlás s láthatl thatóvá tételével Fénysíkos láthatóvátétel Lézersíkos láthatóvátétel
FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata az áramlás s láthatl thatóvá tételével Lézersíkos láthatóvátétel
FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata áramlás láthatóvátételével Lézersíkos láthatóvátétel
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 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 R 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 R P P A 0.1u c O C U CF H PV 5 10 15 20 25 30 35 40 θ [deg] A O 0.1 u C CF c H U PV S ST T W V 5 10 15 20 25 30 35 40 θ [deg] S ST T W P P
Belsőégésű motor kipufogó-rendszerének numerikus vizsgálata: katalizátor áramlástani optimalizációja
Numerikus szimuláció (CFD) egy radiális szivattyúban: nyomáseloszlás
Gépjármű üzemanyag-szivattyújának numerikus szimulációja
Gőzturbina-lapát körüli áramlás numerikus számítása (SIEMENS) rögzített koordináta rendszer forgó koordináta rendszer
Szélforgók mérése szélcsatornában pontonhíd a Dunán (SuperGroup akció 2003.03.15.)
Magyar Állami Operaház szellőzéstechnikai vizsgálata /áramvonalak és hőmérséklet-eloszlás a nézőtéren/
Áramlástan Tanszék
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
Lajos Tamás: AZ ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI ISBN 978 963 066 382 3 legújabb, javított, bővített kiadás (2008) ingyenes DVD melléklettel Korábbi kiadások is megfelelőek! Egyetemi Könyvesbolt (E épület földszint) 4500.- 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)
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: www.ara.bme.hu / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEATAKM1
2012. február 2012. május Köszönöm a figyelmet!