Áramlástan Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar

Bevezető

Laboratóriumunk - mely a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Áramlástan Tanszékének szervezeti egysége - a nagy magyar aerodinamikus, Kármán Tódor nevét viseli. Hat szélcsatornánkkal hazai és nemzetközi kutatási projektekben veszünk részt, valamint ipari, környezetvédelmi problémák megoldására is vállalkozunk. Laboratóriumunk a Nemzeti Kutatási Infrastruktúra Regiszterben (NEKIFUT) regisztrált kutatási infrastruktúra (RKI) címet nyert el. Azonosító: C188392.
A szélcsatornákban előírt sajátosságokkal rendelkező áramlás hozható létre, amellyel műszaki, környezeti folyamatok szimulálhatók és fontos paraméterek: kibocsátás értékek, nyomáseloszlások, erők, nyomatékok, áramképek határozhatók meg. A szélcsatorna mérési eredményeket rendszeresen használják erőművekből, ipari létesítményekből kibocsátott szilárd és légnemű szennyezők terjedésének előrejelzésére, környezeti hatástanulmányok készítésére, közlekedési csomópontok tervezésénél, szerkezetek, épületek méretezésénél, várostervezésnél és járművek fejlesztésénél.
A Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium Magyarország mindhárom nagyobb (> 1,4 m levegősugár átmérőjű), korszerűen felszerelt szélcsatornáját és azok eredményes használatához szükséges szaktudást bocsát az ipar, az építőipar, a környezetvédelem, az önkormányzatok és a közigazgatás rendelkezésére.

A Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium fő adatai és alkalmazási területei:
    Mérőtér jellemzői    Max. sebesség    Alkalmazási területek
1. Vízszintes szélcsatorna    Nyitott mérőtér            55 m/s    Szennyezőanyag terjedése a légkörben
     Levegősugár:        2,6 m        Városklíma vizsgálatok
     Előkészítő szakasz:        2,2 m        Testekre ható áramlási erők és nyomatékok mérése
     Mérő szakasz:        3,5 m        Nyomáseloszlás meghatározása
     Modellasztal:        2,0 m        Áramlások szemléltetése
Járművek áramlástani fejlesztése
2. Függőleges szélcsatorna    Nyitott mérőtér            40 m/s    Testekre ható erők vizsgálata
     Levegősugár:        1,4 m        Áramlások szemléltetése
     Előkészítő szakasz:        1,2 m        Járművek áramlástani fejlesztése
     Mérő szakasz:        1,5 m        
3. Határréteg szélcsatorna    Zárt mérőtér            22 m/s    Szennyezőanyag terjedése a légkörben
     Mérőtér magassága:        1,4 m        Szélterhelés vizsgálatok
     Mérőtér szélessége:        2,2 m        Az áramlások szemléltetése
     Előkészítő szakasz:        7,0 m        
     Mérőtér hossza:        2,5 m        
     Modellasztal:        1,5 m        

Szélcsatornák

Laboratóriumunk négy különböző típusú szélcsatornával rendelkezik. Ezekben az alacsony sebességű áramlástani problémák széles skáláját tudjuk vizsgálni. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk a szélcsatornákat, melyek fő paramétereit a táblázat is mutatja.

Nagy vízszintes szélcsatorna

A szélcsatorna 1934-38 között épült a DVL (Német Repüléskísérleti Intézet: Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt) tervei alapján. Nyitott mérőterű, göttingeni típusú szélcsatorna. A mérőtér kör keresztmetszetű, 2,6 m átmérőjű. A maximális szélsebesség 55 m/s.
Atmoszférikus áramlások, épületek körüli áramlások vagy szennyezőanyag-terjedés vizsgálatához a mérőtérben egy síklap és egy elforgatható körasztal áll rendelkezésre. Az atmoszférikus határréteg modellezése a szélcsatorna konfúzorban elhelyezett változtatható osztású ráccsal, valamint a síklapra rögzített érdességi elemekkel lehetséges.

A nagy vízszintes szélcsatorna felépítése

Határréteg szélcsatorna

Az atmoszférikus határréteg modellezésére alkalmas szélcsatornát az 1970-es években az ÉMI (Építésügyi Minőségellenőrző Intézet) tervezte és építette. A határréteget a mérőtér előtti határréteg-generáló szakasz kezdetén elhelyezett függőleges „spike”-ok, valamint a talajra rögzített érdességi elemek alakítják ki. A mérőtérben egy 1,8 m átmérőjű forgatható asztalra rögzíthető a vizsgált terület vagy épület kisléptékű modellje.
Mivel a csatorna jelenleg szabadtéren található, ezért csak megfelelő meteorológiai körülmények között használható.

NPL típusú szélcsatorna

Tanszékünk legkisebb szélcsatornája NPL (National Physical Laboratory) típusú, mérőterének keresztmetszete 0,5 x 0,5 m. Teljesen fából készült és főleg anemométerek kalibrációjára, valamint oktatási célokra használatos, de tudományos mérésekre is alkalmazható. A létrehozható maximális szélsebesség 15 m/s.

NPL típusú szélcsatorna felépítése

Függőleges szélcsatorna

A függőleges szélcsatorna a vízszintessel egy időben épült és szintén göttingeni típusú. A maximális sebesség 125 km/h. Félmodellek illetve felszín feletti áramlások vizsgálatára a nyitott mérőtérbe határoló síklemez építhető be.

A függőleges szélcsatorna felépítése

Kis nyomóüzemű szélcsatornák

A két kis mérőterű, "Feketerigó" névre keresztelt szélcsatornát 2011-2014 között tervezték és építették az Áramlástan Tanszék munkatársai és hallgatói.  Az építésben közreműködtek a Gépészmérnöki Kar szakosztályai (Polimertechnika, Mechatronika és Hegesztési Szakosztály) az Áramlástan Szakosztály koordinációjával.
A csatornák moduláris felépítésűek, többféle mérőtérrel használhatóak. (0,35 x 0,35 m, 0,15 x 1 m, illetve egy tervezett 0,5 x 0,4 m-es mérőtér). A maximális szélsebesség 24 m/s. Frekvenciaváltós vezérlésük révén távolról illetve automatikusan is lehet méréseket végezni velük a jövőben.

Feketerigó szélcsatorna felépítése

Terveink szerint a szélcsatornák az MSc oktatásban kiemelt szerepet kapnak majd. A tervezett vizsgálatok a teljesség igénye nélkül:

  • egyszerű testekre ható erő mérése
  • járműmodellek vizsgálata mozgó talajszimulációval
  •  talajhatás vizsgálata mozgó talajszimulációval

A 2D mérőtérben:

  • szárnyprofil és mechanizált szárny, határréteg-befolyásolás
  • Híd szegmensmodellek statikus és dinamikus vizsgálata (flutter) lengő modellen
  • sík lapátrács
  • Magnus-hatás / Flettner rotor vizsgálata

 
Köszönettel tartozunk a Polimertechnika Tanszék, az Egyetemi Hallgatói Képviselet, a Gépészkari Hallgatói Képviselet, a  Gépész Szakkollégium, a Fővárosi Csatornázási Művek Zrt., a Kraft-Foods Hungária Kft., a Kamleithner Budapest Kft. valamint az NFT GVOP-3.1.1.-2004-05-0202/3.0. projekt anyagi és minden nemű támogatásáért.
 

Szélcsatornák fő paraméterei
 Szélcsatorna    Nagy vízszintes szélcsatorna    Függőleges szélcsatorna    Határréteg szélcsatorna     NPL típusú szélcsatorna      Feketerigó 1     Feketerigó 2
 Típus    vízszintes göttingeni     függőleges göttingeni    határréteg    NPL      nyomóüzemű     nyomóüzemű
 Mérőtér    nyitott     nyitott     zárt     zárt      nyitott vagy zárt
cserélhető konfúzorral      nyitott vagy zárt
 Mérőtér hossza [m]    5,7     1,4     2           1     1
 Mérőtér szélessége [m]    2,6    1,4     2,2     0,5      0,35 v. 0,5     0,15
 Mérőtér magassága [m]    2,6     2,5     1,6     0,5       0,35 v. 0,4     1
 Maximális sebesség [m/s]    55     35     19     16     24 v. 15     19,5
 Maximális turbulenciaintenzitás [%]    0,3     0,3     0,5     1       0,8     0,8

 

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem       BME Gépészmérnöki Kar