Aerodynamická laboratoř Ústavu termomechaniky AV ČR

Aerodynamická laboratoř Ústavu termomechaniky AV ČR
v Novém Kníně
Historie a současnost
Významné letopočty
1953
1955
1959
1962
1963
1964
1994
2004
2005
– založena Laboratoř strojnická ČSAV
– laboratoř přejmenována na Ústav pro výzkum strojů ČSAV
(hlavní zaměření na problematiku energetického strojírenství)
– první studie o výstavbě vysokorychlostního aerodynamického tunelu na lopatkové mříže
– pracoviště přejmenováno na Ústav termomechaniky ČSAV (zaměření výzkumu
na proudové a tepelné děje v plynech při vysokých rychlostech, zejména na proudění
v tepelných turbinách a kompresorech včetně transonického proudění v lopatkových
mřížích pro Škoda Plzeň (tepelné turbiny) a později pro ČKD Praha (kompresory)
- dokončení stavební části laboratoře (Průmstav Beroun)
- dokončení strojního zařízení s tunelem na lopatkové mříže (konstrukce ÚVS, výroba
ŠKODA Plzeň)
- přístavba I s tunelem pro vyšetřování mezní vrstvy atmosféry
- dokončení přístavby II a rekonstrukce technologického vybavení
- dokončení stavebnicového aerodynamického tunelu
1
Výsledky studie o výstavbě vysokorychlostního aerodynamického tunelu
• aerodynamický tunel s přerušovaným chodem připojený k podzemní vakuové nádrži (nižší
investiční i provozní náklady než u tunelů s trvalým chodem, např. cirkulační tunely)
• při průřezu měřicího prostoru 0,12 m2 a maximálním Machovu číslu Ma ≈ 2 je třeba objem nádrže
cca 5000÷10000 m3
• vyčerpání nádrže pomocí 2 vodokružných vývěv s příkonem 140 kW umožní 8 měření v délce
1 min. za 8 hod.
• požadavky na podzemní prostory: použitelný objem, stav horniny, pevnost dutiny a nadloží,
minimální výskyt vody, snadnost uzavření, přístupnost, podmínky pro vybudování laboratoře
• vytipováno přes 50 lokalit, vybrán vrch Chvojná nedaleko Nového Knína, kde byl starý zlatonosný
důl – opuštěný, nepropustný, přijatelný objem, nepříliš daleko od Prahy
Celkový pohled na úpatí kopce s vchodem do štoly
2
Hlavní chodba štoly 2
Geologické podmínky
• zlatonosné horniny se vyskytují v pásu od Jílového až po Kašperské Hory (dolování a rýžování)
• oblast Nového Knína leží na rozhraní dvou geologických jednotek Českého masivu, tvořených
sedimentárními a granitoidními horninami
• lokalita Chvojná je převážně tvořena kontaktně přeměněnými břidlicemi z doby svrchního
proterozoika (stáří 700 – 500 milionů let)
• největší rozkvět zlatých dolů ve 13. až 14. století (1351 – Nový Knín královským horním městem),
útlum těžby v celé zlatonosné oblasti počínaje 15. stoletím
• počátkem 20. století (1914-1925) hledání tzv. „kamlovských“ zlatých žil podle zpráv ze 16. století
v prostoru vrchu Chvojná místo v Kamlové u Libčic (prof. Barvíř), během průzkumu vyraženy
2 štoly s celkovou délkou 1620 m, další průzkumné práce v letech 1940-45
Lokalita Chvojná
• podzemní prostory tvořeny kvalitní horninou – krystalické břidlice bez
výrazného zvětrání
• vodorovné štoly se značným nadložím bez výdřevy, nepatrné
prosakování vody
• základem vakuové nádrže jsou 2 samostatné horizontální štoly s objemem
4800 m3 a 1200 m3, které ústí ve výšce 6 m nad hladinou Kocáby
• po spojení štol překopem má vakuová nádrž cca 6300 m3
Plíškové zlato v křemenné žilce (Chvojná), velikost 3,5 cm
3
Oblasti těžby zlata v okolí Nového Knína
I.
II.
III.
IV.
4
Nový Knín
Kozí Hory
Libčice
Psí Hory - Mokrsko
Výstavba laboratoře
Půdorys původní laboratoře
5
Úprava skalní stěny a vnitřního portálu štoly
Stavba laboratoře
6
Štola I při montáži vývěv
Strojovna s vývěvami
7
Laboratoř před dokončením
Pohled na původní laboratoř
8
Půdorys laboratoře po provedených dostavbách
modře – původní laboratoř
zeleně – přístavba v roce 1994
červeně – přístavba v roce 2004
9
Laboratoř s vysokorychlostními tunely
Stavba nové přístavby
10
Pohled na laboratoř od náhonu
Nová budova s chladicí věží
11
Technologická část laboratoře
Vstupní část tunelů
- 4 dvoudílné uzavírací dveře (celkem 10×4 m)
- silikagelový filtr pro vysoušení nasávaného
vzduchu (průtočná plocha 24,5 m2), regenerace
horkým vzduchem cca 160 °C
- oblázkový filtr (zachycení prachu a úletu ze
silikagelového filtru)
- vstupní komora
Výstupní část tunelů
- přechodová část tunelu (za regulační dýzou)
- rychlouzávěry (D=600 mm, uzavření za 0,5 s),
výstupní potrubí D=900 mm
- 3 vodokružné vývěvy Slovpump 200-SZO-500500, 55 kW
- uzavřený chladicí okruh (3 čerpadla, zásobní
nádrž, čistička, chladicí věž)
- kompresorová stanice pro ovládání šoupátek
12
Aerodynamické tunely v laboratoři
Tunely s přerušovaným chodem
• supersonický aerodynamický tunel pro přímé lopatkové mříže, otočný měřicí prostor (šířka 0,16 m,
výška od 0,2 do 0,45 m), tětiva lopatek 0,08-0,12 m, rychlost 0,2-2 Ma
Pohled na nadzvukovou dýzu a měřicí prostor
s uklidňovací komorou
Přestavitelná nadzvuková dýza
13
• malý rychlostní aerodynamický tunel, měřicí prostor 0,1×0,1×2,2 m, odsávané stěny, rychlost do 0,8
Ma, nízká hladina turbulence 0,1%
Pohled na kontrakční dýzu, měřicí prostor
a výstupní difuzor
14
• stavebnicový subsonický aerodynamický tunel, výměnný měřicí prostor (kruhový D=0,4 m nebo
obdélníkový 0,16×0,32 m), rychlost do 0,8 Ma
„Provizorní“ uspořádání tunelu
s radiální lopatkovou mříží na vstupu
15
Tunely a tratě s trvalým chodem
• speciální aerodynamický tunel pro ekologické studie (mezní vrstva atmosféry), délka vstupní části
25,5 m, uzavřený měřicí prostor 1,5×1,5 m, délka 2 m, spojitá změna rychlosti v intervalu 1-15 m/s
(radiální ventilátor), hladina turbulence 0,2%
Měřicí prostor tunelu
s modelem krajiny
16
• výtlačná trať pro měření impaktních proudů s použitím naftalénové sublimační metody, kruhové
dýzy s max. průměrem 50 mm a štěrbinové dýzy s max. šířkou 20 mm, rychlost proudu do 60 m/s
Pohled na měřicí trať
Schéma zařízení
17
Měřicí technika
• zařízení pro anemometrii se žhavenými čidly typu CTA, celkem 15 kanálů (DISA, DANTEC,
AALabs) včetně příslušenství a sond
• systém pro vysoce přesné měření tlaků (Schilknecht, AVA, BARATRON, Druck, PSI)
• Mach-Zenderův interferometr a další zařízení pro optické vizualizační metody (šlírová aparatura,
lasery)
• systém sběru dat NATIONAL INSTRUMENTS (HW i SW)
• traverzery a regulační technika pro aerodynamické tunely
• analyzátor TFID NGA 2000 pro měření koncentrací a průtokoměr AALBORG
Použitá literatura
Květoň J., Píchal M., Řehák V.: Studie o stavbě nadzvukové aerodynamické laboratoře, interní studie
ÚVS ČSAV, 1959
Květoň J.: Vysokorychlostní aerodynamický tunel pro lopatkové mříže, výzkumná zpráva ÚT ČSAV
Z-202/65, 1965
Květoň J.: Nadzvukový aerodynamický tunel ÚT ČSAV pro výzkum rovinných lopatkových mříží,
Strojnický časopis, 16, 2, 167-180, 1965
Lhotský P., Morávek P., Štědrá V. (editoři): Zlato na Novoknínsku – historie a současnost, Hornické
muzeum Příbram, 2003
Barvíř J.: O starých dolech po zlatě u Sudovic a v okolí poblíže Nového Knína, 1925
Jonáš P.: Malý rychlostní aerodynamický tunel. zpráva ÚT ČSAV T-130/71, 1974
Horáček J.: Studie o stavbě aerodynamického tunelu pro výzkum interakce proudění s kmitající
stěnou, zpráva ÚT ČSAV T-259/81, 1981
Píchal M.: Dostavba laboratoře vysokých rychlostí v Novém Kníně, zpráva ÚT ČSAV T-361/87, 1987
18