Itt jártunk: szélcsatorna

Sokunk számára a szélcsatorna eléggé misztikus dolog, legtöbben abban a tévhitben élünk (éltünk), hogy egy ilyen létesítmény kizárólag járművek tesztelésére-mérésére használható.

A Gépészmérnöki karhoz tartozó Áramlástan tanszéken (AE épület) járva azonban megtudtuk, hogy egy szélcsatorna nagyon sok egyéb dologra használható, sőt, manapság járművekkel az Egyetemen nem is foglalkoznak. Kicsiny csoportunkat dr. Lajos Tamás tanszékvezető fogadta, aki megismertetett bennünket a tanszék történetével, majd pár alapfogalommal és eljárással.

A szélcsatorna és a köré épült tanszék a II. világháború előtt létesült, fő profilja a vadászgépek aerodinamikájának vizsgálata volt. Az 1938-as átadástól számítva azonban nem sok idő telt el ezzel, a háború után nem lehetett harci repülőkkel kísérletezni. Érdekes módon a szerkezeti elemek nagyobb része még most is a 38-as technológia, elsősorban a mérőeszközök változtak, az axiális ventilátor például megmaradt 600kW-osnak és falapátosnak (megtudtuk, hogy régebben a kelenföldi erőműbe át kellett telefonálni, ha be akarták indítani). A 70-es évek talán a létesítmény aranykorának is tekinthető, akkoriban a tanszéken olyan mozgó futószalagon történtek a járműtesztelések, mellyel Európában kizárólag a Honda rendelkezett. Mondani sem kell, több komoly gyártó végeztetett itt méréseket. Különösen az olajválság adott jelentős lökést a nyugati fejlesztéseknek. Igen, nagy cégek kicsiny hazánkban végezték az autókhoz képest hátrafelé mozgó talajt szimuláló futószalaggal az első szélcsatornás tesztjeiket. Mára sok gyártó rendelkezik saját, futószalaggal ellátott szélcsatornával, így a profil is megváltozott, elsősorban épületekre, szerkezetekre (pl. hídra) ható szélerőt és a kipufogógázok városban történő terjedését vizsgálják a tanszéken. Hogy a mostanában futó, illetve befejezett projektek nagyságáról fogalmunk legyen, egy rövid felsorolás a teljesség igénye nélkül: bevásárlóközpont Dubaiban, jégpálya Németországban, repülőtéri terminál Dallasban (a világ egyik legnagyobb repterén). Itthon többek között az épülő Sportaréna és az azt körülvevő terület megtervezésében vett részt a tanszék. Megdöbbentő módon a padok, sétáló utak pontos helyének meghatározásához figyelembe vették a várható szélirányt és -erősséget, és a lehető legszélcsendesebb helyekre próbálták elhelyezni ezeket. Emellett a Sportaréna tűzvédelmét is itt szimulálták le, a küzdőtér esetleges kigyulladása után 9 és fél perccel a nézőtér legfelső sora felett 2,5 méternél alacsonyabban nem lehet füst, a füst nem lehet annyira forró, hogy a tető szerkezeti elemei kigyulladjanak vagy meglágyuljanak stb. Természetesen a fenti kísérletek nem makettek felgyújtogatását jelentik, hanem számítógépes szimulációt. Ehhez egy FLUENT nevű brutálisan drága szoftver nyújt segítséget, aminek láttán a Matlab és az ArhiCAD gyerekjátéknak tűnik.

A program lehetőségei félelmetesek: a Dunaferr kohóiból kiáramló 1000 fokos gőz elszívására alkalmas eszközt is lehet vele tervezni, de a Fordok üzemanyagtartályában működő oldalcsatornás szivattyú modellezésére is alkalmas. Személy szerinti kedvencemnek pedig kicsit több teret szentelnék, ezt a folyamatot is FLUENT-tel modellezték a tanszéken.

Nem tudom, valaha gondolkozott-e közületek valaki azon, milyen hővezetési tulajdonságokkal rendelkezik a párizsi. Itt foglalkoztak vele!

A rúd párizsit ugyanis sterilizálni kell, ehhez pedig nagyon pontosan kell beállítani a hőmérsékletet, hisz túl alacsony hőfokon nem pusztulnak el a baktériumok, ám 80°C felett betokozódhatnak, és csak főzéssel (100°C felett) lehet sterilizálni. A főtt parizer pedig nem jó, ezért nagyon pontosan kell a sterilizáló kamrák hőmérsékletét a kívánt értékre vinni. Ehhez tudni kell, miként áramlik a befújt levegő a lógó parizerrudak között, és tudni kell, hány fokos a párizsi belül, amihez ismerni kell a hővezetési tényezőjét.

Persze a zárt térben áramló gázok máshol is fontosak, például egy gyógyszer-előállítási folyamatban egy fermentoron belül bizonyos hatóanyagot termelő baktériumtörzsek megfelelő életkörülményeinek fenntartása szintén nem egyszerű feladat, egy gázturbina hűtési rendszeréről nem is beszélve. (Hozzá kell tenni, hogy az áramló gáz útjába tett bármilyen kiálló tárgy bonyolult örvényeket produkál, minden szimulált folyamatot nemlineáris diffegyenletek numerikus megoldásával lehet szimulálni.)

Az ilyen – áramló gázzal folyó – kísérletek egyik legérdekesebbje talán a városi építkezések légszennyezettségre gyakorolt hatásának vizsgálata. A nagy épületek ugyanis képesek megváltoztatni kisebb városrészek domináns szélviszonyait, így bizonyos helyekről a szél kevésbé viszi el a levegőt szennyező anyagokat, pl. a kipufogógázt. Mindezt makettekkel és szimulációval is lehet vizsgálni. Volt szerencsénk látni a Mammut 2 környéki szennyezettségi adatokat, és megtudtuk, hogy a bejárat előtt a legrosszabb a levegő. Azt is megtudtuk, hogy a 200-nál több épület valódi modelljének és a FLUENT-es numerikus modell elkészítésének időtartama ugyanannyi (350 munkaóra).

Az elméleti előadás után (ami eléggé gyakorlatias volt) megtekinthettük a vágy titokzatos tárgyát, a szélcsatornát. Bele is állhattunk, és kaptunk egy kis szelet. Azért nem a maximális 200 km/h felettit, csak finomabbat, de így is félelmetes volt a 2,6 méter átmérőjű csőben állni, és belegondolni, mire képes egy 600 kW-os ventilátor. Itt tudtuk meg, miért repülnek a vadludak V-alakban, de ezt nem írom le, akit érdekel, járjon utána!

Technikai érdekesség, hogy a körülbelül 5,3 négyzetméternyi felületen 1% a szélsebesség különbsége, a turbulencia aránya pedig 0,3%. A szélcsatorna fizikailag egyébként egy téglalap alakú, önmagába visszatérő kör keresztmetszetű cső a mérési keresztmetszetben összeszűkítve (igen, a szűk része a 2,6 méter átmérőjű).

A jókora laboratóriumban nézelődve némileg idegenül éreztem magamat. Informatikus fejjel ez túlságosan kézzelfogható volt. Bevallom, kicsit irigyeltem ekkor a gépészeket, hisz ha őket megkérdezi valamely ismerősük: ugyan már, mit tanulnak az egyetemen, sokkal konkrétabb dolgokra tudnak hivatkozni.

A teremben néhány tanszéki "relikviát" tekintettünk meg, többek között az Ezüst Nyíl magyar vadászgép és egy autóbusz modelljét. Ez utóbbi kapcsán tudtuk meg, hogy az IKARUS által gyártott buszok jelentős részének áramlástani tervezése az AE épületből származik, a hetvenes évek derekáról. Meglepődve hallgattuk, hogy bizonyos tulajdonságaival azonban a mai modern és szögletes járműveket is felülmúlják. Ezek egyike a sárfelverődés, ugyanis a karosszéria eleje döntően befolyásolja, milyen magasra jutnak fel a sárcseppek.

Láttuk még a függőleges szélcsatornát, és hallottunk arról a projektről, amelynek eredményeként egy ehhez hasonló, de nagyobb csatornában ejtőernyősök, valamint deszantosok gyakorolják a szabadesést. Körülbelül 2-300 km/h-s (testhelyzettől függ a konkrét érték) felfelé fújó szélben a talajhoz képest lebegnek. Itt lehet különféle trükköket kipróbálni (sportolók), illetve a minél gyorsabb és minél inkább egymáshoz közeli leérkezést (kommandósok, a koncentráltabb tűzerő érdekében).

Végezetül láttuk készülni az M8-as dunaújvárosi hídjának modelljét. Itt érzékeltük, mit is jelent közel 100 érzékelőt lerakni alig egy négyzetméternyi felületen. Nem egyszerű munka, rendkívül aprólékos, és nagy gyerekek építős játékára emlékeztetett.

Ezt a "gyerekséget" véltem felfedezni a minket vendégül látó Lajos Tamás professzor úr arcán, amint őszinte lelkesedéssel kalauzolt végig bennünket tanszékén, és akinek ezúton is szeretnénk megköszönni az érdekfeszítő magyarázatot és a kíséretet.

Akit bővebben érdekel, az a tanszéki honlapon további érdekességeket is talál: http://www.ara.bme.hu/

Kokas Zsolt