Clc chuong 9 lucnang luccan

Flow past immersed body Flow past immersed body Dòng chuyển động qua cố thể Lý thuyết lớp biên Lực nâng và lực cản Lực nâng và lực cản Nội dung Tổng quan về dòng chuyển động qua cố thể (external flow)[.]

Flow past immersed body

Dòng chuyển động qua cố thể

-Lý thuyết lớp biên

- Lực nâng và lực cản

Lực nâng và

lực cản

Nội dung

1 Tổng quan về dòng chuyển động qua cố thể (external flow)

2 Giới thiệu các phương pháp nghiên cứu dòng ngoại lưu

3 Lý thuyết lớp biên Prandtl

4 Phương pháp động lượng tính gần đúng lớp biên của Karman

5 Phương pháp thực nghiệm tính lực cản qua một số cố thể

6 Lực nâng

Dòng chuyển động có ma sát trong ống: lớp biên được hình thành từ thành ống, phát triển dọc theo chiều dài của ống, rồi

hòa vào nhau thành một, và lớp biên chiếm toàn bộ không gian của ống Đối với dòng chuyển động trong ống, ảnh hưởng của lực

ma sát là chủ đạo

Dòng chuyển động bao quanh cố thể:

- Ảnh hưởng của lực ma sát (tính nhớt) quan trọng gần bề mặt cổ thể và trong vùng hậu lưu của cố thể lý thuyết lớp biên

- Ảnh hưởng của lực ma sát không đáng kể ở vùng không gian rất

xa bề mặt cố thể dòng không ma sát (inviscid flow)

Một số vấn đề thực tiễn về dòng chuyển động ngoại lưu:

- Khí động lực học (aerodynamics): máy bay, tên lửa

- Thủy động lực học (hydrodynamics): tàu thuyền, tàu ngầm

- Giao thông (transportation) : xe hơi, xe tải…

- Năng lượng gió (wind engineering): nhà cao tầng, cầu đường, turbine gió…

Tổng quan về chuyển động ngoại lưu

Dòng chuyển động qua cố thể

Khi cố thể được đặt trong một dòng chuyển động đều, một lớp biên mỏng hình thành sát bề mặt Do tính nhớt, phân bố vận tốc trong lớp biên không còn đều như của dòng tự do i.e biến thiên vận tốc trong lớp biên lớn

Ngoài ra, khi dòng chuyển động tách ra khỏi bề mặt cố thể

hình thành vết hậu lưu với những cấu trúc xoáy

b: điểm dừng

c: điểm tách rời

lớp biên

Lực lưu chất tác động lên cố thể

 Tấm phẳng đặt song song với dòng chuyển động lưu chất tác dụng một lực cản trên phương chuyển động

Biên dạng cánh máy bay trong dòng chuyển động đều lưu

chất tác dụng lên cánh một lực khí động R phân tích thành hai

thành phần lực nâng L (trên phương vuông góc với phương vận tốc) và lực cản (trên phương vận tốc)

 Lực cản và lực nâng xuất phát từ phân bố áp suất và phân bố ứng suất ma sát trên bề mặt cố thể: lực áp suất vuông góc với bề mặt và lực ma sát tiếp tuyến với bề mặt

Lực cản tác động lên cố thể

Lực cản áp suất Lực cản ma sát

Cố thể dạng lưu tuyến

(streamlined body)

Cố thể phi lưu tuyến (blunt body)

Lực cản tác động lên cố thể

Tối ưu hóa cố thể dạng lưu tuyến để

giảm lực cản

Hệ số lực cản

A: diện tích hình học đặc trưng

(characteristic area)

- Diện tích tiếp diện (frontal area): diện tích mặt cắt vuông góc

dòng chuyển động, đối với cố thể có bề dày (hình trụ, hình cầu, xe hơi…)

- Diện tích bình diện (planform area): diện tích nhìn từ trên xuống, đối với cố thể có kích thước lớn (cánh máy bay )

- Diện tích ướt (wetted area): tàu thuyền.

Hệ số lực cản cho một vài cố thể

Vật thể 2D : kích thước chiều thứ ba (chiều vuông góc với mặt phẳng tờ giấy) rất lớn so với

hai kích thước còn lại.

Vật thể 3D : kích thước chiều thứ ba không quá

lớn so với hai kích thước còn lại.

Hệ số lực cản cho một vài cố thể

Hệ số lực cản theo Reynolds cho hình

Hệ số lực cản theo Reynolds cho hình

Hệ số lực cản cho cố thể 2D - Re>104

Hệ số lực cản cho cố thể 2D - Re>104

Hệ số lực cản cho cố thể 3D - Re>104

Hệ số lực cản cho cố thể 3D - Re>104

-Vật thể góc cạnh : điểm tách rời lớp biên là cố định, CD chỉ có một gía trị và không phụ thuộc vào số Reynolds (vd:hình trụ vuông, nửa hình trụ…)

-Vật thể dạng lưu tuyến: CD giảm khi chuyển trạng thái từ tầng

sang rối, do sự dịch chuyển của điểm tách rời lớp biên, thu hẹp

phần hậu lưu sau cố thể (vd: hình êlip )