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
