Magyar kutató cápabőrrel forradalmasíthatja a hajózást

– Az áramlástani kutatások „Szent Grálja” a folyadékban mozgó test által keltett turbulencia matematikai leírása, valamint az, hogy miképpen lehet e sajátos áramlásokat megelőzni, vagy az általuk okozott energiaveszteséget csökkenteni – válaszolta a bme.hu kérdésére Nagy Péter Tamás, a BME Gépészmérnöki Kar (GPK) Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék adjunktusa.

Kétféle áramlás létezik

Az áramlási ellenállásról szólva a műegyetemi adjunktus elmondta: a folyadékban mozgó test mellett úgynevezett határréteg jön létre. Az ebben a környezetben kialakuló áramlástani viszonyok határozzák meg a súrlódás mértékét. A kutatók kétféle áramlást különböztetnek meg: a rétegzett, úgynevezett lamináris, valamint a kaotikusan, összevissza gomolygó turbulens áramlást. Kialakulásuk több tényezőtől, főként a sebességtől függ.

– Ez homályos terület, ahol többféle elmélettel próbálják magyarázni a megfigyeléseket. Azt nagyjából tudjuk, hogy az áramlás bizonyos sebesség fölött elveszíti rétegzettségét és bekövetkezik a turbulencia, valamint azt is egész jól meg lehet jósolni, hogy ez milyen körülmények – fizikai tényezők, például sebesség – között történik, de hogy miért és miképpen, azt nem.

Jelentős energia spórolható meg

A turbulens áramlás fenntartásának komoly energiaigénye van, ami plusz ellenállást és így energiaveszteséget eredményez a vízben mozgó eszközöknél, például hajóknál. Csővezetékekben a folyadék mozgatásához szükséges energiafelhasználás a turbulencia megelőzésével akár 90%-kal, a hajózásnál pedig a felére is csökkenthető.

A vízben mozgó eszközökön végzett kutatásoknak több iránya van: az egyik szerint a turbulenciát úgy módosítják, hogy az ellenállás csökkenjen, és ne okozzon nagy veszteséget. Nagy Péter Tamás a másik irányvonalat követi: eszerint a testet úgy módosítják, hogy a turbulencia ne, vagy késleltetve alakuljon ki, ez a felület minőségétől függ.

– A kutatók eddig főként olyan bevonatokat vizsgáltak, amelyek benyomódhatnak, én pedig olyat szeretnék, ami az áramlás irányában oda-vissza kissé el tud mozdulni – hangsúlyozta a műegyetemi adjunktus, hozzátéve, saját kutatásai eddig csupán azt a kérdést járták körül, hogy elméletileg lehet-e ebben az irányban tapogatózni. – Az előzetes vizsgálatok alapján úgy tűnik, jó úton járunk: bizonyos sebességhatárokig – 30-40 km/óra alatt – a viszonylag könnyen hozzáférhető szilikongumi turbulencia-csökkentő bevonatként működhet a vízben mozgó tárgyakon – árulta el a kutató.

Cápák és delfinek segítik a kutatást

A cápák bőrén mikroszkopikus méretű kitüremkedések vannak, amelyek módosítják a turbulenciát. A delfinek bőre ezzel szemben gátolja magának a turbulenciának a kialakulását. A cápáé úgynevezett passzív, a delfiné aktív rendszer, azaz utóbbi bőrfelületének bizonyos anyagi tulajdonságait meg tudja változtatni. A delfin képes a legfelső bőrrétegének hőmérsékletén vegetatív úton „állítani”, ami a rugalmasságát is megváltoztatja, egyúttal beállítja a megfelelő sebességhez szükséges puhaságot.

Szakemberek korábban kiszámolták, hogy a delfin úszásakor a sebességéhez kétszer annyi energiára lenne szüksége, mint ami az elméleti modell szerint lehetséges. A delfin bőréhez hasonló rugalmas bevonat be tud nyomódni és a külső, zavaró energiát elnyelve csökkenti az ellenállást.

– A puha bevonatok ötlete innen jött – hangsúlyozta a fiatal oktató, hozzátéve, hogy a delfin stratégiáját vette figyelembe. – Azért ebben az irányban indultam el, mivel ha nem ismerjük pontosan, mi az a turbulencia, azt sem tudjuk igazán, miképpen kell módosítani – ahogyan ezt a cápa bőre egyébként mindenfajta elmélet nélkül „magától” tudja.

(Fotó: Philip János)

Az interjú teljes egészében a bme.hu oldalon olvasható.