Application and validation of measurement techniques related to the physical modelling of the atmospheric boundary layer in a new boundary layer wind tunnel
A légköri határréteg fizikai modellezéséhez kapcsolódó mérési módszerek alkalmazása és validációja egy új határréteg-szélcsatornában
Title in English
Application and validation of measurement techniques related to the physical modelling of the atmospheric boundary layer in a new boundary layer wind tunnel
Flow and Thermal Technology (Council of Physical Sciences)
60 %
Ortelius classification: Thermal engineering
Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)
20 %
Ortelius classification: Meteorology
Architecture (Council of Physical Sciences)
20 %
Ortelius classification: Design
Panel
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Fluid Mechanics (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date
2018-09-01
Closing date
2022-08-31
Funding (in million HUF)
15.807
FTE (full time equivalent)
2.80
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A posztdoktori tevékenység célja korszerű áramlásmérési technikák implementálása egy új, megvalósítás alatt álló szélcsatorna laboratórium üzemeltetési gyakorlatába. A kapcsolódó „Atmoszférikus Áramlások laboratórium kialakítása” c. projekt célja új laboratórium, egy új határréteg-szélcsatorna építése és korszerű méréstechnika beszerzése ill. saját tervezése. A posztdoktor jelölt a projekt koordinátora, és a szélcsatorna és a méréstechnika egyes részeinek tervezője. Ezen kívül a posztdoktor a Levegőminőség-orientált várostervezési stratégiák c. NKFIH projektben nyomgáz terjedési kísérleteket fog végezni a meglévő szélcsatornában. A posztdoktori pályázat a jelölt ezen tevékenységét finanszírozná a következő 3 évben.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A posztdoktori tevékenység célja jelentős részben nem felfedező kutatás, hanem korszerű szélcsatorna mérési módszerek helyi implementálása a környezeti- és épületaerodinamika területén. Bár ez nem tűnik tudományos feladatnak, a valóságban a szélcsatorna elemek és méréstechnika tervezése az, és a megfelelő mérési gyakorlat kialakítása a kicsi és számszerűsíthető mérési bizonytalanság előfeltétele. Ennek keretében tesztesetek mérése szükséges és a szakirodalommal és más laboratóriumok eredményeivel való összehasonlítás szükséges.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Az új szélcsatorna laboratórium, a többféle implementált mérési módszerrel együtt alkalmas hogy numerikus szimulációs áramlási és terjedésmodellek validálására használható adatokat szolgáltasson. Szintén alkalmas szélcsatorna kísérletekre a szélterhelés vagy a szélkomfort közvetlen meghatározására. Az alacsony mérési bizonytalanság lehetővé teszi az építési költségek csökkentését és az épülettervek részleteinek optimalizációját is. Az európai színen kb 20 akadémiai szélcsatorna laboratórium működik a szélther-meghatározás, az áramlási és terjedési jelenségek szakterületén. A laboratóriumok kapcsolata együttműködő és nem versengő, amit a közös workshopok, és gyakori kutatócser is igazol. Ezeken kívül pár mérnökiroda is rendekezik szélcsatornával, ezek a „szélmérnökség” területén működnek, főleg magas épületek, stadionok, szélre érzékeny szerkezetek tervezésére koncentrálnak. A projekt befejezése után, az új laboratórium ezekkel azonos szinten , magas minőséggel lesz képes mérési adatot szolgáltatni.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A posztdoktor jelölt célja két már futó projektben való közreműködés. Az „Atmoszférikus Áramlások laboratórium kialakítása” c. projektben a jelölt az új laboratórium, és egy új határréteg-szélcsatorna építését, valamint korszerű méréstechnika beszerzését fogja koordinálni ill. részben a tervezését végezni. A „Levegőminőség-orientált várostervezési stratégiák” című projektben nyomgáz terjedési kísérleteket fog végezni a meglévő szélcsatornában. A korszerű mérési módszerek gyakorlati implementációja után a laboratórium alkalmas lesz magas épületek, stadionok, szélre érzékeny szerkezetek vizsgálatára. A mérési eredmények ismeretében az építési költségek csökkenthetőek. A laboratórium szintén alkalmas lesz városi átszellőzés és szennyezőanyag-terjedés vizsgálatára.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The aim of the postdoctoral activity is to introduce state-of-the-art wind tunnel measurement techniques into the operational routine of a new wind tunnel laboratory currently in realisation phase. The connecting project entitled ‘Establishment of an Atmospheric Flow laboratory’ includes the building of a new laboratory hall, a new boundary-layer wind tunnel, and the acquisition of advanced measurement instrumentation, either by direct purchase or in house development. The post-doctoral candidate has a coordinating role and is also responsible for parts of the engineering design of the wind tunnel and of the instrumentation. Additionally, in a running research project ‘Air quality oriented urban design strategies’ the post- doctoral candidate will participate in tracer dispersion tests in an existing wind tunnel. The post doctoral fellowship aims to fund these activities in the coming 3 years.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The post doctoral application is not aiming at exploratory research, but at the local implementation of state-of-the-art measurement techniques in the area of wind tunnel testing of problems in building and environmental aerodynamics. While this might seem a non-scientific task to perform, in reality the design of wind tunnel components instrumentation in-house is, as is the establishment of proper working practices necessary to reach a low and quantifiable measurement uncertainty. The measurement of test cases is necessary for comparison with results of other wind tunnel laboratories and test cases documented in literature.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. A new wind tunnel laboratory with several implemented measurement techniques is able to provide reference data for the validation of numerical flow and dispersion models. The validation of these models applied in a wide range of building- and environmental aerodynamics is crucial to increase the reliability of these models. Wind tunnel test e.g., for the determination of wind load or wind comfort of new facilities and urban developments. The low measurement uncertainty allows for cutting of construction costs and even detail optimization of building designs is possible. At European stage, about 20 of academic wind tunnel laboratories are active in the area of wind load determination, and investigation of flow and dispersion phenomena. The relationship can be rather described as cooperation than rivalry, proven by the joint workshops, frequent scientist exchange and visits between these laboratories. Besides that here are some engineering firms with wind tunnel, active in wind engineering, focussed on the design of tall buildings, stadia and bridges, and other wind sensitive structures. After completion of the project the laboratory will be able to provide data at the same high quality level, as these laboratories.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The aim of the post-doctoral candidate is to contribute to two already running projects. In the project ‘Establishment of an Atmospheric Flow laboratory’ the candidate will coordinate the building of a new laboratory hall, a new boundary-layer wind tunnel, and the acquisition of advanced measurement instrumentation, either by direct purchase or in house development. In a running research project ‘Air quality oriented urban design strategies’ the post- doctoral candidate will participate in tracer dispersion tests in an existing wind tunnel. After the implementation of the measurement techniques into the practice, the wind tunnel will enable the investigation of wind-sensitive structures, tall buildings and bridges. Knowing the test results helps decrease the construction costs. The lab also will be suitable for the modelling of atmospheric pollutant dispersion and ventilation of urban areas, find optimal building configurations from the air quality point of view.
Final report
Results in Hungarian
A 127919 számú PD projekt keretében egy nagy léptékű kutatási infrastruktúra-fejlesztés szakmai feladatait végeztem el, azzal a céllal, hogy a BME szélcsatorna laboratóriumában új szélcsatorna- méréstechnikai módszereket honosítsak meg az épületi és környezeti aerodinamika területén. Bár a VEKOP-2.3.3-15-2017-00017 projekt („A” projekt) rajtam kívül álló okból több változást és kb. 2 éves csúszást szenvedett, az alapvető célokat sikerült elérni. Az elvégzett munka mennyisége - amelyről a részletes kutatási beszámolóban számolok be - megfelel az eredeti munkatervben vállaltaknak. Elkészítettem egy új határréteg-szélcsatorna előtervét, és koordináltam az ezt kiszolgáló laboratórium tervezését. Az „A” projekt változása miatt egy új helyett végül a meglévő szélcsatorna laboratórium korszerűsítését, új mérőrendszerek specifikálását, beszerzését, használatba vételét irányítottam. Új modellkészítő műhelyt terveztem, új sokcsatornás nyomásmérő rendszer fejlesztését irányítottam, atmoszferikus határréteg generálási módszereket alkalmaztam szélcsatornában. Az újonnan bevezetett eszközök és módszerek napi szintű használatát a gyakorlatban segítő szoftvereket fejlesztettem ki LabVIEW környezetben.
A „B” projektben (K 124439) közreműködtem az abban eltervezett hosszabb szélcsatorna méréssorozat végrehajtásában, elsősorban az általam fejlesztett méréstechnikai és szoftver eszközökkel. Az elvégzett munkáról több közös publikációban számoltunk be.
Results in English
With the support of PD project 127919, I managed to accomplish the engineering tasks of a large-scale research infrastructure development project VEKOP-2.3.3-15-2017-00017 ( project ‘A’), with the goal of introducing new measurement techniques at the wind tunnel lab of BME in the field of building and environmental aerodynamics.
Although Project ’A’ suffered major changes and a 2-year delay for reasons out of our reach, the basic goals could mostly be achieved. The amount of work involved – from which I prepared a detailed report – is not less than what was envisaged in my original work plan.
I prepared the preliminary design of a large boundary layer wind tunnel and coordinated the design of the laboratory accommodating it. Due to the changes in Project „A”, I coordinated the modernisation of an existing wind tunnel and laboratory (instead of building a new one) and the specification, acquisition and introduction of new equipment. I designed a model-making workshop, coordinated the development of a new multi-channel measuring system and applied various boundary layer generation methods in the existing wind tunnel. As guidance for the use of the introduced methods in daily laboratory practice, I developed various software in LabVIEW environment.
In Project ‘B’ (K 124439) I contributed to a longer wind tunnel test campaign, mainly through the development of measuring equipment and software. From the results of this project, several joint papers were published.
Papp, Bálint; Istók, Balázs; Koren, Márton; Balczó, Márton; Kristóf, Gergely: Statistical assessment of the concentration fluctuations in street canyons with homogeneous and variable roof height, submitted to Building and Environment (Rejected after review, after improvements, resubmission to other peer-reviewed journal planned), 2023
