Lisääntynyt liikenne – uhka vai mahdollisuus?

Teollinen vallankumous on tarkoittanut sitä, että ihmiset ja tavarat ovat alkaneet liikkua yhä enemmän. Liikenne on nykyään yksi suurimmista energian kuluttajista ja ympäristön kuormittajista niin ilmansaasteiden kuin jätteidenkin osalta. Liikenne tapahtuu teitä ja raiteita pitkin, ilmassa, vedessä ja maan alla. Nykyään kehitetään ympäristölle ystävällisempiä tapoja liikkua, jotta kasvihuonepäästöjen ja pienhiukkasten määrä saataisiin laskuun. Merkittävä osa liikenteen kuluttamasta energiasta kuluu ilmanvastuksen voittamiseen. Muotoilemalla kulkuneuvoja virtaviivaisemmaksi eli panostamalla ilmanvastuksen vähentämiseen, saataisi energian kulutusta huomattavasti pienemmäksi ja tätä kautta myös liikenteen kustannuksia halvemmaksi.

Miten siis lähteä vähentämään ilmanvastusta: Rakentamalla erimuotoisia kulkuneuvoja ja testaamalla niitä liikenteessä ja mittaamalla kuinka paljon polttoainetta kuluu ja kuinka paljon päästöjä vapautuu? Ei välttämättä. Asiaa voi nimittäin aluksi lähestyä huomattavasti kevyemmällä menetelmällä eli valjastamalla käyttöön tietokonekapasiteetti. Kaikista kulkuneuvoista on mahdollista saada niiden muodon 3D-malli. Kun tämä kulkuneuvon muototieto on käytettävissä, mahdollisuudet sen muokkaamiseen ovat rajattomat. Kun otetaan avuksi virtauslaskenta (CFD), saadaan selville myös muodonmuutoksen vaikutus ilmanvastukseen.

Virtauslaskenta mahdollistaa monipuolisesti erilaisten virtaustilanteiden tutkimisen ja tuottaa tietoa mm. siitä, miten kappaleiden muotoilu vaikuttaa virtauksen käyttäytymiseen kappaleen läheisyydessä. Tämä on oleellista tietoa suunniteltaessa muotoja, jotka vähentävät virtausvastusta. CFD-tuloksia voidaan suoraan käyttää ohjaamaan suunnittelua ja täten päästään heti haluttuun suuntaan ilman, että tarvitsee ensin suunnitella ja sitten testata muodon vaikutusta käytännössä. Kun laskenta tehdään riittävän yksityiskohtaisesti, voidaan tutkia hyvin pienten muutosten vaikutuksia ja näin ollen päästään vaikuttamaan lopulliseen fyysiseen muotoon tarkasti. Tämä on merkittävää, kun vaaditaan entistä energiatehokkaampia ja päästöttömämpiä kuljetuksen tapoja. Toisaalta CFD:tä voidaan käyttää arvioimaan erilaisten muotojen tuottamaa ääntä ja täten vaikuttaa muotoiluun myös melua vähentävästi.

Sen lisäksi, että virtauslaskentaa voidaan käyttää ohjaamaan itse kulkuneuvon muotoilua, sen avulla voidaan selvittää, miten kulkuneuvon liike vaikuttaa ympäristöön. Useimmilla on varmaankin kokemusta ohi ajavan rekan, junan tai auton aiheuttamasta voimakkaasta paineaallosta. Virtauslaskennan keinoin voidaan myös niiden vaikutusta ympäristöön tutkia ja tulosten avulla pohtia esimerkiksi mahdollisia rajoituksia ajonopeuteen. Tällä voi olla merkitystä esimerkiksi junan ajaessa laiturin ohi. Jos vauhti on liian kova, voi junan ohituksesta aiheutuneet ilmavirran äkilliset liikkeet jopa horjuttaa laiturilla seisovien ihmisten tasapainoa tai heittää ilmaan kevyempiä esineitä, mikä pahimmassa tapauksessa johtaa henkilövahinkoihin. Vaikka henkilövahinkoja ei syntyisikään, voi nämä ilmiöt nostattaa ilmaan kevyempää ainesta, pölyä tai hiekkaa, mikä sekin voi aiheuttaa epämiellyttäviä oireita silmiin, limakalvoille tai keuhkoihin.  Ylipäätään liike voi vaikuttaa näkyvyyteen, mikä jossain tarkkuutta vaativissa tilanteissa voi koitua kohtalokkaaksi.

Kun tavoitellaan säästöjä energiassa tai turvallisempia toimintaympäristöjä, voi virtauslaskentaa hyödyntäen saavuttaa merkittäviä parannuksia kulkuneuvoissa ja niiden käyttökohteissa.