Ιστορικό:

Το Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Στροβιλομηχανών (ΕΜΡΣ) ιδρύθηκε το 1985 ως μέρος του Ενεργειακού Τομέα του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, από τον ομότιμο καθηγητή Απόστολο Γούλα, ο οποίος και διετέλεσε διευθυντής από την ίδρυση του ΕΜΡΣ έως και τη συνταξιοδότησή του το 2014. Από το 2014 έως και σήμερα, διευθυντής του ΕΜΡΣ είναι ο καθηγητής Κυριάκος Υάκινθος, με κύρια ερευνητικά αντικείμενα τη μηχανική των ρευστών, την αεροδυναμική και την υπολογιστική ρευστομηχανική. Στο ΕΜΡΣ δραστηριοποιείται επίσης ο αναπληρωτής καθηγητής Ανέστης Κάλφας, με κύρια ερευνητικά αντικείμενα τις στροβιλομηχανές, τους αεροπορικούς κινητήρες, τους αεριοστροβίλους και τις τεχνικές μετρήσεων στη ρευστομηχανική.

Ερευνητική δραστηριότητα:

• Καινοτόμες υλοποιήσεις εναλλακτών θερμότητας
• Σχεδιασμός και απόδοση αεροχημάτων
• Blended Wing Bodies
• Έλεγχος ροής με ενεργοποιητές πλάσματος
• Υβριδικά αεροχήματα
• Μοντελοποίηση τύρβης
• Ροές σε πτέρυγες Δέλτα
• Αλληλεπίδραση πτερυγοσειρών σε στροβιλομηχανές

Διευθυντής εργαστηρίου:
Υάκινθος Κυριάκος

Διδακτικό και Ερευνητικό Προσωπικό (Δ.Ε.Π.):
Κάλφας Ανέστης
Παναγιώτου Περικλής

1ος κύκλος σπουδών:

• 118: Μηχανική Ρευστών Ι (4ο Εξάμηνο)
• 127: Μηχανολογικό Εργαστήριο (6ο Εξάμηνο)
• 128: Συστήματα Μετατροπής Ενέργειας (6ο Εξάμηνο)

2ος κύκλος σπουδών:

• 205: Στροβιλομηχανές (7ο Εξάμηνο)
• 207: Αεροδυναμική (7ο Εξάμηνο)

3ος κύκλος σπουδών:

• 315: Θερμικές Στροβιλομηχανές (9ο Εξάμηνο)
• 351: Μηχανική Ρευστών ΙΙ (9ο Εξάμηνο)
• 326: Πειραματική Μηχανική Ρευστών (10ο Εξάμηνο)
• 355: Υπολογιστική Ρευστομηχανική (10ο Εξάμηνο)
• 387: Αεροπορικοί Κινητήρες (10ο Εξάμηνο)
• 389: Αεροδυναμικός Σχεδιασμός και Έλεγχος Αεροσκαφών (10ο Εξάμηνο)

• Καινοτόμες υλοποιήσεις εναλλακτών θερμότητας
  Με στόχο την βελτίωση της αποδοτικότητας των αεροπορικών κινητήρων και τη συνεπακόλουθη μείωση των ρύπων που αυτοί εκπέμπουν, μελετάται η εφαρμογή συστημάτων εναλλαγής θερμότητας στο ακροφύσιο εξόδου του αεροπορικού κινητήρα, με σκοπό την ανάκτηση θερμικής ενέργειας από τα θερμά καυσαέρια για την προθέρμανση του συμπιεσμένου αέρα πριν την είσοδό του στο θάλαμο καύσης.
  Η ερευνητική δραστηριότητα του ΕΜΡΣ σε αυτό το πεδίο εντάσσεται στο πλαίσιο Ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραμμάτων (FP4-AEROHEX, FP5-NEWAC, FP6-LEMCOTEC, HORIZON 2020-ULTIMATE) και επικεντρώνει στο ροϊκό πεδίο και τη μεταφορά θερμότητας εντός του εναλλάκτη, σε συνδυασμό με τη θερμοδυναμική ανάλυση απόδοσης του αεροπορικού κινητήρα.
• Σχεδιασμός και απόδοση αεροχημάτων
  Το ΕΜΡΣ έχει αναπτύξει ένα εργαλείο προδιαστασιολόγησης αεροσκαφών, που ενσωματώνει όλα τα στάδια του αεροδυναμικού σχεδιασμού (conceptual, preliminary, detailed). Το ΕΜΡΣ εξειδικεύεται στη μελέτη και τον σχεδιασμό Μη Επανδρωμένων Αεροχημάτων (Unmanned Air Vehicles, UAV), έχοντας ολοκληρωμένο το πρόγραμμα HCUAV που παρήγαγε το πρωτότυπο RX1 και με τα τρέχοντα προγράμματα DELAER-RX3 και MPU-RX4.
• Blended Wing Bodies
  To Blended Wing Body (BWB) είναι μία μη συμβατική γεωμετρία αεροχήματος, η οποία ενσωματώνει την πτέρυγα και την άτρακτο σε ένα ομαλό σχήμα, εξαλείφοντας τα ουραία πτερύγια. Καθώς η γεωμετρία αυτή δίνει μικρότερο λόγο περιβρεχόμενης επιφάνειας ως προς τον όγκο και μικρότερη αντίσταση αλληλεπίδρασης (interference drag), μπορεί, συγκριτικά με τη συμβατική γεωμετρία αεροσκάφους, να δώσει μειωμένο λόγο άντωσης/αντίστασης (Lift to Drag ratio) κατά έως και 20%. Επιπλέον, η διαμόρφωσή του προσφέρει αυξημένο εσωτερικό χώρο, που το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές μεταφοράς φορτίων.
  Το ΕΜΡΣ μελετά τα BWB σε υποηχητικές ταχύτητες πτήσης, εφαρμόζοντας τόσο πειραματικές όσο και υπολογιστικές μεθόδους, στο πλαίσιο του προγράμματος DELAER για την κατασκευή του μη επανδρωμένου αεροχήματος RX3.
• Έλεγχος ροής με ενεργοποιητές πλάσματος
  Οι ενεργοποιητές πλάσματος χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ροής γύρω από μια αεροτομή. Η εφαρμογή εναλλασσόμενου ρεύματος μεταξύ δύο ασύμμετρων ηλεκτροδίων δημιουργεί ένα πεδίο πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας. Καθώς η ροή διέρχεται από το πεδίο πλάσματος, τα μόρια του αέρα ιονίζονται και επιταχύνονται μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο, δημιουργώντας έτσι ένα επαγόμενο ρεύμα.
  Το ΕΜΡΣ εξετάζει υπολογιστικά και πειραματικά την εφαρμογή αυτού του φαινομένου σε χαμηλής ταχύτητας ροές, με σκοπό τον έλεγχο της αποκόλλησης της ροής.
• Υβριδικά αεροχήματα
• Μοντελοποίηση τύρβης
• Ροές σε πτέρυγες Δέλτα
  Η πτέρυγα Δέλτα είναι μια ειδική περίπτωση πτέρυγας με υψηλή οπισθόκλιση. Στις υπερηχητικές ταχύτητες η οπισθόκλιση μειώνει την ταχύτητα της ροής πάνω από την πτέρυγα, περιορίζοντας έτσι την αντίσταση λόγω συμπιεστότητας, ενώ στις υποηχητικές ταχύτητες η πτέρυγα Δέλτα προσφέρει αυξημένη γωνία απώλειας στήριξης, δημιουργώντας έτσι μεγαλύτερες δυνατότητες ελιγμού.
  Το κυρίαρχο ροϊκό φαινόμενο σε μία πτέρυγα Δέλτα είναι η δημιουργία δύο δινών κοντά στις ακμές προσβολής, οι οποίες δημιουργούν περιοχές χαμηλές πίεσης στην άνω επιφάνεια της πτέρυγας και μέσω αυτών την άντωση. Όσο η γωνία προσβολής αυξάνεται, οι δίνες αυτές γίνονται ισχυρότερες, μέχρι του σημείου που η όλη δομή δινών καταστρέφεται και η πτέρυγα πέφτει σε απώλεια στήριξης.
  Το ΕΜΡΣ διεξήγε πειράματα σε μοντέλο πτέρυγας Δέλτα, σχήματος επίπεδης πλάκας, μετρώντας με ανεμόμετρα θερμού σύρματος στον απόρρου τις δομές δινών και την τυρβώδη κινητική ενέργεια αυτών.
• Αλληλεπίδραση πτερυγοσειρών σε στροβιλομηχανές
  Το ΕΜΡΣ διεξάγει πειράματα και υπολογιστικές αναλύσεις για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης του απόρρου και του οριακού στρώματος σε διατάξεις ρότορα-στάτορα στροβίλου. Η μελέτη επικεντρώνει στην ανάλυση των χαρακτηριστικών τύρβης και των συνεκτικών ροϊκών δομών με τις μεθόδους Fast Fourier Transformation (FFT) και Proper Orthogonal Decomposition (POD).

Το Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Στροβιλομηχανών διαθέτει συνολικά 400 m² εγκαταστάσεων, που περιλαμβάνουν τις εργαστηριακές διατάξεις και τους χώρους γραφείων.

Οι εργαστηριακές διατάξεις του Εργαστηρίου περιλαμβάνουν:

Αεροσήραγγες:

• Αεροσήραγγα κλειστού τύπου, με δύο περιοχές μελέτης, διατομών 0.6×0.6 m και 1.0×1.0 m. Η σήραγγα αυτή είναι σχεδιασμένη να παράγει μικρό ποσοστό τύρβης (~1.5%), ώστε να μπορούν να μελετηθούν τα φαινόμενα μετάβασης από στρωτή σε τυρβώδη ροή. Η μέγιστη ταχύτητα ροής που μπορεί να αναπτυχθεί στη μικρή διατομή είναι 40 m/s.
• Αεροσήραγγα κλειστού τύπου με περιοχή μελέτης διατομής 0.3×0.3 m, για διεξαγωγή πειραμάτων σε μικρές αεροτομές και μοντέλα αυτοκινήτων. Η μέγιστη ταχύτητα ροής που μπορεί να αναπτυχθεί είναι 35 m/s.
• Μικρή αεροσήραγγα ανοιχτού τύπου, κατάλληλη για διεξαγωγή μετρήσεων σε χαμηλής πίεσης βαθμίδες στροβίλων, με σκοπό τη διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων του απόρρου με τα στατικά καθοδηγητικά πτερύγια και τους ρότορες. Η μέγιστη ταχύτητα ροής είναι ίση με 10 m/s και η αξονική ταχύτητα των πτερυγίων ίση με 6 m/s.
• Αεροσήραγγα ανοιχτού τύπου, διατομής 0.2×0.2 m, στην οποία επιτυγχάνεται μέγιστη ταχύτητα ροής ίση με 120 m/s, με σκοπό τη διερεύνηση των συνθηκών σε ακροφύσια αεροπορικών κινητήρων.
• Υπό κατασκευή αεροσήραγγα με σκοπό την παραγωγή εξαιρετικά χαμηλού ποσοστού τύρβης, για τη διερεύνηση του μεταβατικού οριακού στρώματος.
• Αεροσήραγγα ανοιχτού τύπου για τη διεξαγωγή πειραμάτων σε ειδικού τύπου εναλλάκτες θερμότητας για χρήση σε αεροπορικούς κινητήρες.

Μετρητικά όργανα:

• Ανεμόμετρα θερμού σύρματος (hot wire), μονού, διπλού και τριπλού τύπου για τη μέτρηση περίπλοκων συνθηκών ροής υπό ανισότροπη τύρβη.
• Στυλίδια πολλαπλών οπών.
• Στυλίδια πέντε οπών.
• Ανεμόμετρα Laser Doppler για μετρήσεις ταχύτητας σε αέρα και νερό.
• Σωλήνες Pitot-Static για μετρήσεις ταχύτητας.

Όλοι οι μετρητές είναι συνδεδεμένοι με ηλεκτρονικό υπολογιστή μέσω καρτών ψηφιακής δειγματοληψίας, για τη συλλογή επαρκών αριθμών μετρήσεων.

Υπολογιστικοί πόροι:

Το Εργαστήριο διαθέτει τις ακόλουθες τρεις συστάδες (clusters) επεξεργαστών, με δυνατότητες παράλληλης υπολογιστικής επεξεργασίας:

• 22 CPUs, Apple X-Serve PowerPC G5 2.33GHz, in OSX 10.5. Χωρητικότητα 5Tb και συνολική διαθέσιμη μνήμη RAM 44Gb.
• 4 CPUs, Intel XEON 5420 quad core 2GHz. Χωρητικότητα 2Tb και συνολική διαθέσιμη μνήμη RAM 33Gb.
• 16 CPUs Intel XEON 5649 6-core. Χωρητικότητα 10Tb και συνολική διαθέσιμη μνήμη RAM 192Gb.

Λογισμικά:

Το ΕΜΡΣ διαθέτει άδειες για τα ακόλουθα λογισμικά υπολογιστικής ρευστομηχανικής, και συλλογής και ανάλυσης πειραματικών δεδομένων:

• Ansys Suite 18.2 (CFX, Fluent, CFD-Post)
• ANSA/META
• Autodesk Inventor
• Dassault 3DEXPERIENCE
• Mathworks MATLAB

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Στροβιλομηχανών
Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Κτίριο Δ’, 9ος Όροφος
Πολυτεχνική Σχολή, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
54124, Θεσσαλονίκη

Τηλέφωνο-Fax: (+30) 2310996002

email: info@lfmt.gr

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Στροβιλομηχανών