Laboratóriumok
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