Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)
2019 / 2. szám
57 Grivalszki Péter: CALTROPe - Innovatív partvédő mű áramlástani vizsgálata szimulációs eljárásokkal kategóriájában hozta el a 10 ezer eurós fődíjat. A terv a globális felmelegedés okozta vízszintemelkedéssel járó területvesztés problémájára kereste a választ, elsősorban a veszélyeztetett folyótorkolatokra koncentrálva. Tengerparti hullámtörő céllal gyakran alkalmaznak óriási sziklákat, vagy komplex geometriájú betonidomokat. A CALTROPe idom maga is egy összetett geometriájú beton mű, melyben három üreges ág csavarodik egybe. Az 1 m magas, 1,662 m széles idomok hálózatszerűén össze is kapcsolhatók (1. ábra). Az üregesség célja, hogy az idomok belsejébe mangrovecsemetéket lehessen ültetni. Már maga az idom is számottevő hordalékot tud megfogni, a mangrove pedig erre a tulajdonságra erősít rá. Ily módon egy természetközeli hordalékcsapdát kapunk, amely őrzi a deltavidék geometriáját (akár bővíti is azt), továbbá védelmet nyújt a kisebb mértékű tengerszint-emelkedés ellen. A már elárasztott tengerparti vidékeken is alkalmazható lenne a modul, egymásra építhetőségének köszönhetően. A mangrove ráadásul igen erős: teljes kifejlődése után egymagában - az idom nélkül is életképes, természetes védvonalat tud alkotni. Ennél fogva úgy tervezendő a betonösszetétel, hogy a mangrovecsemete életképessé válásával nagyjából egy időben elbomoljon, hiszen az után már csak szennyezőként funkcionálna. Ez természetes gyengítőanyagokkal kivitelezhető, mint például háztáji állatok trágyája. Az idom még sosem épült meg tervezett, (M=l:l) méretében, de a funkcionálásáról való elképzeléseket látványosan szemlélteti a 2. ábra. 2. ábra. CALTROPe idomok kifejlett mangrovéval, és a területfeltöltődés szemléltetése - látványterv (forrás: http://s39.hu) Figure 2. CALTROPe structures with grown mangrove and the illustration of sedimentation - visualization (source: http://s39.hu) Jelen cikkeben a következő kérdésekre kerestük a választ: I. Maga az alkalmazott szoftver és a számítási módszerek alkalmasak-e hidrodinamikai vizsgálatok elvégzésére egy ilyen összetett idom esetén, és ha igen, milyen pontos eredményt várhatunk el tőle? Lehetséges-e becslést tenni az idom körül kialakuló mederváltozásra átlagos irodai hardver-kapacitással elfogadható számítási időigény mellett? Alkalmazható-e mindezek alapján a modell az idomot érő hidrodinamikai terhelések számszerű értékelésére, amivel a mű stabilitását vizsgálhatjuk, vagy a terepen való telepítési módjait elemezhetjük? II. Általánosan ismert, hogy a 3D szimulációk számításiidő-igénye részletes modell felbontás mellett rendkívül magas lehet. A CALTROPe azonban egy óriási területet lefedő, hálózat-szerűen telepítendő környezeti modul, ilyenformán pedig nagy számítási igényt támasztana egy részletes modell elé, figyelembe véve egy pl. több tíz km hosszú parti sáv vizsgálatát. Ilyen térléptékű szimulációkhoz célszerűen 2D modellvizsgálatokat végeznénk, de kérdés, hogy miként lehet megfelelően figyelembe venni a komplex geometriájú betonelemek hatását egy ilyen nagyléptékű modellben. A részletes 3D vizsgálatok erre a kérdésre is választ adnak majd. III. Milyen további építőmérnöki feladatokat állít a jövőbeni 2D futtatások tökéletesítése? Munkánk során megvizsgáltunk egy kisebb idomrendszer környezetében kialakuló áramlási viszonyokat többféle áramlástani szituációban és különböző áramlási peremfeltételek mellett. Ezzel jövőbeli kutatásokat alapozunk meg arra vonatkozóan, hogy milyen hidrodinamikai és medermorfológiai jelenségek alakulnak ki hullámzás esetén, illetve hogyan változna az áramlások hatására a művek körüli meder alakja, kialakulnak-e káros, lokális kimélyülések, amelyek a szerkezet stabilitását veszélyeztetik. A modellvizsgálatok eredményét kiértékeltük, majd javaslatot tettünk alkalmazásra, fejlesztésre, esetleges további vizsgálatokra. Ez után a rendelkezésre álló geometriai és hidrológiai adatok ismeretében egy durva felbontású, torkolatléptékű 2D modellt építettünk azzal a céllal, hogy megalapozzuk a jövőbeni 2D kutatásokat, javaslatokat tehessünk a komplex geometria figyelembevételére és kezdeti tapasztalatokat szerezzünk a CALTROPe jövőbeni 2D szimulációihoz. A 3D áramlástani szimulációk (Computational Fluid Dynamics - CFD) manapság nem számítanak újkeletűnek. A legnépszerűbb szoftverek (ANSYS Fluent (ANSYS 2019), OpenFOAM (OpenCFD 2018), SSIIM (Olsen N. R. B. 2018), Flow-3D (Flow Science 2018), Star-CCM+ (SIEMENS 2017)) egyre stabilabb és pontosabb szimulációkat tesznek lehetővé. Ezek a modellek alkalmasak lehetnek például hídpillérek körül kialakuló turbulens áramlások, valamint az áramlás okozta helyi kimélyülések számszerűsítésére (Baranya és társai 2012, 2013), vagy különböző vízépítési műtárgyak körüli összetett áramlások vizsgálatára (Eleit és társai 2017, Kamath és társai 2019). A valós környezetben való alkalmazás sem újkeletű. Sikeresen alkalmaztak már CFD modelleket folyók találkozásánál kialakuló áramlások vizsgálatára (Baranya és társai 2010), 1. ábra. Összekapcsolt CALTROPe idomok (forrás: http://s39.hu) Figure 1. Connected CALTROPe structures (source: http://s39.hu)
