Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Vízfolyásokba épített műtárgyak (pl. hídpillérek, folyamszabályozási művek, vízszint-szabályozó műtárgyak) környezetében az áramlások összetetté válnak: lokálisan növekszik a vízfolyás sebessége, a mű faláról indulva és a meder közelében leváló áramlások jönnek létre, amik jellemzően bonyolult három-dimenziós struktúrákká fejlődnek. Éppen a helyileg megváltozó hidrodinamikai jelenségek következtében, ennek egyik szignifikáns hatása, hogy amennyiben a mederfenéken lévő hordalékszemcsék hajlamosak a felkeveredésre és kimosódásra, a meder lokális mélyülése következhet be. A helyi kimélyülések, mint morfodinamikai jelenségek a műtárgyak stabilitását veszélyeztethetik, szélső esetben azok tönkremenetelét is okozhatják. Építőmérnöki szempontból ezért fontos feladat a vízfolyásokba épített műtárgyak körüli áramlási és morfodinamikai folyamatok megértése, de a téma a jelenségek összetettsége miatt még messze nem feltárt, jelenleg is kutatások tárgyát képezi. Egyszerűbb geometriájú művek (pl. különféle keresztmetszetű pillérek) esetére nagyszámú kutatási eredmény áll már rendelkezésre, de összetettebb geometriájú esetekre azok eredményei nem ültethetők át. Vizsgálati eljárások tekintetében az analitikus, féltapasztalati és tapasztalati számítások mellett manapság laboratóriumi kisminta-kísérletek és számítógépes szimulációs eljárások segítik a hidrodinamikai és hordalékvándorlási folyamatok jobb megértését. A PhD kutatás keretében is ezt a két eszközt helyezzük előtérbe azzal a fő céllal, hogy részletes, három-dimenziós áramlástani elemzéssel tegyünk szert új ismeretekre és abból levonható új, tudományos eredményekre.

Ami legkevésbé feltárt, az olyan művek hatásmechanizmusa, amelyek lényegi küldetése az áramlások és a hordalékmozgás tartós lokális lerakódást kikényszerítő befolyásolása. A doktori kutatást esettanulmányokon keresztül kívánjuk végrehajtani, amely elsőként épp egy fent említett, a hagyományos funkciókhoz képest újszerű, innovatív szemlélettel kidolgozott, parti sávot stabilizáló, védő betonelem-rendszerre összpontosít. Az ún. CALTROPe idomok, melyek speciális, háromágú, áganként csőszerű betonelemek, hálózatszerűen kerülnének telepítésre azzal a céllal, hogy folyótorkolati szakaszokon növényeket ültessenek bele, amik a csőágakon keresztül a mederfenékbe gyökereznek,  és a művel együtt hullámtörő és hordalékmegfogó funkciót látnának el. 

A kutatásban a CALTROPe idomokra, majd további hasonlóan összetett művekre laboratóriumi kisminta-kísérleteket hajt végre a jelölt, amiben nagypontosságú akusztikus és optikai eljárásokkal tárja fel a mű környezetét jellemző áramlási struktúrákat, majd próbát tesz mozgómedrű modell kialakítására és a művek körüli morfodinamikai folyamatok feltárására is. A kisminta-kísérleteket számítógépes szimulációkkal egészíti ki, amihez egy arra alkalmas CFD-megoldót kell tesztelni, felépíteni is célirányosan vizsgálni. 

A doktori kutatás végére újszerűen kidolgozásra kerül egy olyan laboratóriumi méréstechnikai módszertan, amely alkalmas az összetett geometriájú műtárgyak környezetében kialakuló egyedi áramlási és morfodinamikai folyamatok mezőszerű és térbeli leírására számszerű paramétereken keresztül úgy, mint átlagos áramlási sebességek, turbulencia- és örvényjellemzők, medereróziós hatások, hordalékszállító képesség, stb. A kutatás teljessé tételéhez olyan számítógépes szimulációs vizsgálati módszert és eszköztárt állít össze a jelölt, ami szabadon elérhető forráskódú modellrendszerre épül, és alkalmas a jelzett összetett hidrodinamika leírására a mederalak változás becslésével együtt.