II. Áramlástan I. CSÜT 14:15-16:00h, K155 BEVEZETŐ ELŐADÁS Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus

ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK www.ara.bme.hu Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar 2013-2014-II. Áramlástan I. régi kód még régebbi kód CSÜT 14:15-16:00h, K155 BEVEZETŐ ELŐADÁS Dr. Suda Jenő Miklós egyetemi adjunktus suda@ara.bme.hu BMEGEÁTAM21 Mechatronikai mérnök alapszak (BSc) GPK BMEGEÁTAM11 BMEGEÁTAM01 Az áramlástan alapjai BMEGEÁTAMK1 Környezetmérnök alapszak (BSc) VBK Áramlástan BMEGEÁTAT01 Ipari termék- és formaterv. alapszak (BSc) GPK Tantárgyhoz tartozó anyagok: www.ara.bme.hu / oktatas / tantargy / NEPTUN / BMEGEAT???? / 2013-2014-II Áramlástan Tanszék H-1111 Budapest, Bertalan Lajos u. 4-6. AE épület

infó Áramlástan Tanszék (műegyetemi honlap) www.ara.bme.hu

infó Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium www.karman-wtl.com

infó Áramlástan Szakosztály

Tanszéki bemutatkozás 1934. József Nádor Műegyetem: Aerodinamikai Intézet (ma AE épület) 1938-1941 szélcsatornák építése (német mintára) Tanszékvezetés: 1945-1972 Dr. Gruber József, 1972-1991 Dr. Szentmártony Tibor 1991-2008 Dr. Lajos Tamás, 2008-tól jelenleg Dr. Vad János docens 1 professor emeritus, 2 docens, 2 adjunktus, 2 tanársegéd, 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) www.karman-wtl.com 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: Cranfield (UK), La Sapienza Roma (I), Karlsruhe (D), Drezda (D), Magdeburg(D), Graz(A), Siegen(D), stb. kutatás & fejlesztési nyertes pályázatok. 2013 = 130 MFt Ipari kapcsolatok: AUDI, MOL, GE, Richter, Knorr-Bremse, FORD, SUZUKI, Cascade Eng., Dunaferr, Transelektro, IFT Hungaria, Bouygues Hungária, Visteon, Siemens, EGI, ERBE, ARCADOM, SMG-SISU, KORAX, stb. Kármán Tódor Gruber József

Kísérleti vizsgálatok ÁRAMLÁSTAN (elmélet) Numerikus szimuláció

Nincs praktikusabb egy jó elméletnél Ludwig Boltzmann valamint elmélet nélkül némán hallgatnak a tények... 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

1934 Aerodinamikai Intézet ( AE épület) 1938-1941 szélcsatornák építése Vízszintes, recirkulációs légáramú, nyitott mérőterű Göttingen-típusú szélcsatorna

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

Göttingen típusú, recirkulácós, nyitott mérőterű vízszintes áram szélcsatorna

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

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

KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2009 műlesikló, síugró

KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2010 Magyar Bobcsapat: bob és szánkó szélcsatorna bemutató

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

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

KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2011 Egyebek (minden évben)

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

2012 videó PZS Productions

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 0.46 0.59 2.8-3.5 50km/h 38-49 700 ~ 740 W 70kg 700N 0.46 0.59 3.2-4.2 50km/h 45-57 700 ~ 750 W 80kg 800N 0.46 0.59 3.8-4.8 50km/h 51-66 700 ~ 760 W Pe = kb. 85-95% TEST LÉGELLENÁLLÁSA Fe [N] ellenálláserő = ce r/2 v 2 A vet ce [N] ellenállástényező (~ 0.3 0.4) Avet [m 2 ] test vetület keresztmetszet (poz. függő). (0.4-0.6m 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)

2014 téli olimpia (gyorskorcsolya)

KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2013 Főműsorszám: BME Formula Racing Team

KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2013

KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2013 DRS: drag reduction system! -1,5s a Hungaroringen

KUTATÓK ÉJSZAKÁJA 2014.09.26. péntek 18h- 24h Főműsorszám idén :

Szélcsatornák máshol. google kép keresés: eredménye:.. wind tunnel : Nagyjából 13 200 000 találat (0,38 másodperc) 13 200 000 találat (0,38 másodperc) szélcsatorna : Nagyjából 9 740 találat (0,47 másodperc)

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 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 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!

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 J

Járműáramlástan (Tasi János formatervező, 1990-es évek)

Járműáramlástan modellépítés, szélcsatorna tesztek

Járműáramlástan szélcsatorna tesztek nyomáseloszlás mérés

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.

Járműáramlástan szélcsatorna tesztek formatervezés itt és ott..

Vízszintes, nyitott mérőterű szélcsatorna Behind the scenes

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

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 mmfrom 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 Nyom aseloszlas a buszhom lokfal 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)

Ellenállástényező (+/-) változások:

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

Járműáramlástan nem csak szélcsatorna létezik!

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] 60 35 22 16 Maximális turbulencia intenzitás [%] 0,3 0,3 0,5 1

Kis szélcsatornáink NPL, Blackbird,

Kis szélcsatornáink Mozgó talajt szimuláló futószalag

ABL (atmospheric boundary layer) szélcsatorna Szélcsatornák fő paraméterei

ha már járműáramlástan.

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.

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 erre.j

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)

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

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

a részletek v 2 1 p = R r n

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

FORD C.307 személyautó vezetőoldali légbefúvóinak vizsgálata az áramlás láthatóvá 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 q [deg] A O 0.1u C CF c H U PV S ST T W V 5 10 15 20 25 30 35 40 q [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/

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

Áramlások láthatóvá tétele

Áramlások láthatóvá tétele Áramlástan Tanszék

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

Lajos Tamás: AZ ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI ISBN 978 963 066 382 3 legújabb, javított, bővített kiadás (2008) ingyenes DVD melléklettel Korábbi kiadások is jók 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 (csak 5kp tárgyakhoz)

Lajos Tamás: AZ ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI (BME videótár)

2014. február 2014 május

Köszönöm a figyelmet!

Áramlástan Tanszék www.ara.bme.hu www.facebook.com/bme.aramlastan Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium www.karman-wtl.com Áramlástan Szakosztály www.facebook.com/aramlastanszakosztaly OHV www.sc.bme.hu + MARK MY PROFESSOR www.markmyprofessor.com