BÁO CÁO TN QUAN SÁT ĐƯỜNG DÒNG QUA CÁC CỐ THỂ NHÓM 7

Bước 4 : Khi lượng khói đủ để quan sát , ta điều chỉnh quạt ở tốc độ trung bình 40 và quan sát đường dòng qua cấu thể.. - Test Section: phần tiết diện trong hầm khói dùng để quan sát cố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

Báo cáo thí nghiệm kỹ thuật hàng không 1

Nhóm 7

Hứa Huy Hoàng G1101225

QUAN SÁT ĐƯỜNG DỊNG QUA CÁC CỐ THỂ

I Mục đích và yêu cầu thí nghiệm

Khảo sát định tính hiện tượng dòng lưu chất bao quanh cố thể Lưu chất sử dụng trong

bài thí nghiệm là khói (do đốt nóng hơi dầu), các cố thể gồm có: trụ, cầu, tấm tròn, profil cánh mỏng, profile cánh NACA có flap Bài thí nghiệm giúp sinh viên có được

cái nhìn định tính, từ đó kết hợp với các kiến thức được trang bị từ môn Khí Động Lực Học để giải thích sâu hơn các vấn đề liên quan đến lớp biên, sự tách rời lớp biên, sự hình thành các xoáy do tách rời lớp biên…

II Mơ tả thiết bị thí nghiệm

Hầm khĩi được mơ tả như hình 1 Quạt điện cĩ thể thay đổi vận tốc được đặt ở phía trên cùng

để hút khơng khí qua test section cĩ kích thước 102x178x254mm

Hình 1 Hầm khói và thiết bị tạo khói

Hình 2 Biểu đồ mối quan hệ vận tốc dòng khí tại test section và

phần trăm Volt của motor quạt

III Tiến hành thí nghiệm

1/ Dụng cụ thí nghiệm :

Các cố thể được sử dụng để tiến hành thí nghiệm được mô tả như hình sau

Khối cầu hình trụ

Cánh 3D trắng cánh 3d có flap

Đĩa tròn 2/ Tiến hành thí nghiệm :

Bước 1 : Cắm dây điện nguồn của thiết bị thí nghiệm Kiểm tra lượng dầu trong ống hình chữ

U

Bước 2 : Lắp đặt vật thể vào Test Section

Bước 3 : Bật công tắc của thiết bị tạo khói, khói sẽ tăng từ từ lên và điều chỉnh quạt ở tốc độ

trung bình 40

Bước 4 : Khi lượng khói đủ để quan sát , ta điều chỉnh quạt ở tốc độ trung bình 40 và quan sát

đường dòng qua cấu thể

Bước 5 : Thay đổi tốc độ quạt ở 60 , 80 , 100 Quan sát hiện tượng và ghi nhận.

IV Báo cáo thí nghiệm

Phần I : Cấu tạo hầm khói

1/ Mô tả cấu tạo Hầm Khói, nêu rõ chức năng của từng bộ phận, sơ đồ khối quan hệ giữa các

bộ phận này

Hầm khói có cấu tạo tương tư như một ống khí động, nhưng được đặt thẳng đứng và có thiết

bị để tạo khói ở trước phần Test Section Gồm các bộ phận chính:

- Fan Motor: motor quạt hút khói, đặt trên đầu hầm khói để hút khói Tốc độ của fan motor thay đổi cũng sẽ làm tốc độ của dòng khói thay đổi Đường kính của Fan là 127mm

- Test Section: phần tiết diện trong hầm khói dùng để quan sát cố thể nhờ có nắp trong suốt bằng kính kích thước Test Section là 102x178x254mm

- Lights: là hệ thống gồm các bóng đèn, nhằm mục đích chiếu sáng cho Test Section để có thể quan sát được đường dòng khói qua cố thể Lights được lắp 2 bên Test Section và có những khe hở để thoát nhiệt

- Black Rubber Hose: dây dẫn dầu Dầu khi được nung nóng sẽ tạo khói và được dẫn bởi dây

để đưa vào Test Section

- Black Rubber Squeeze Bulb & Strut: tay cầm dùng để điều chỉnh phương hướng dòng khói theo phương ngang

- Light: công tắc đèn

- Fan: công tắc khởi động quạt

- Fan Speed: dùng điều chỉnh tốc độ của Fan Motor (Fan Speed chỉ có thể điều chỉnh được sau khi bật công tắc Fan )

- Smoke Gen: công tắc khởi động chế độ tạo khói (khi bật công tắc này thì dầu sẽ bắt đầu được đốt và tạo khói)

2/ Nói rõ hơn về cách tạo và thay đổi trường vận tốc dòng lưu chất qua vùng Test Section của Hầm Khói Làm thế nào để có được trường vận tốc dòng qua vùng này là đều Theo anh/chị, trường vận tốc dòng qua Test Section của Hầm Khói hiện tại có đều không? Nếu được thiết kế lại thì anh/chị sẽ hiệu chỉnh gì so với cấu tạo hiện tại của nó?

Để thay đổi trường vận tốc trong Test Section, ta thay đổi vận tốc của quạt Cụ thể như sau:

- Khi vận tốc quạt tăng, lưu lượng không khí qua quạt tăng Theo nguyên tắc bảo toàn lưu lượng thì với cùng diện tích mặt cắt ngang tại Test Section thì khi lưu lượng tăng dẫn đến vận tốc trong Test Section tăng theo Ngược lại khi vận tốc quạt giảm

- Ở trước và sau Test Section có đặt tấm lưới tổ ong để làm dòng đều, hướng trục Tạo profile vận tốc đều đi qua Test Section và không bị ảnh hưởng bởi các xoáy tạo ra bởi quạt phía trên Các dòng khói ở gần thành hầm khói ở Test Section không đều, bị xoáy trước khi đến cố thể Vì thế chất lượng dòng ở Test Section hiện tại không tốt do sự gia tăng bề dày lớp biên

3/ Theo anh/chị, những ảnh hưởng khác liên quan đến cấu tạo của Hầm Khói hiện tại đối với kết quả quan sát khi làm thí nghiệm (nếu có) là gì?

- Do sự chập chờn của bóng đèn cản trở việc quan sát

- Có vài chỗ bị hở không được che chắn kĩ nên làm không khí lọt vào gây nên sự nhiễu động của khói

- Dòng khói không đều ở gần thành vùng Test Section

- Không đo được chính xác các kích thước hình học của các cố thể làm thí nghiệm

- Không đo được góc gập của flap, góc tới của cánh

- Đặt cố thể không ở tâm Test Section

Phần II : Kết quả thí nghiệm

1/ Tính số Re cho các trường hợp làm thí nghiệm Biết rằng hệ số nhớt động lực học được tính bằng công thức

μ= 1 4578×10−6T1 5

T +110.4 ; T (K)

Trong đó :

μ : hệ số nhớt động lực học ( kg/ms)

T : nhiệt độ không khí ( K ) Nhiệt độ không khí ngày làm thí nghiệm là 32oC => T = 305 K

=> μ= 1 4578×10−63051.5

305+110 4 =1 87 ×10

−5kg/ms

Số Re được tính theo công thức :

Re= ρ VD

μ

Trong đó :

μ : hệ số nhớt động lực học ( kg/ms)

ρ : khối lượng riêng không khí ( = 1.152 kg/m3 )

V : vận tốc không khí (m/s)

D : kích thước đặc trưng của cấu thể ( m ) Kích thước đặc trưng của các cấu thể :

Số Re của các cấu thể trong các trường hợp :

% Volt V (m/s) Hình cầu Hình trụ Đĩa tròn Cánh trắng Cánh đen

2/ Quan sát hình chụp và giải thích hình dạng của đường dòng

a/ Hình cầu

80% Volt 100% Volt

Nhận xét:

a/ Hình cầu

Tại vận tốc 40% Volt, ta thấy khói ở chế độ rối do không khí chưa kịp di chuyển đến cố thể thì đã bị tách rời từ rất sớm

Từ vận tốc 60% Volt trở đi đến 100% Volt, quan sát đường khói bao bọc cố thế rất rõ, đồng thời vết hậu lưu và hiện tượng tách rời lớp biên cũng được ghi nhận

Khi ta tăng vận tốc dòng khói, hiện tượng tách rời lớp biên sẽ sớm hơn, đường dòng sẽ phát triển nhiều hơn và các xoáy phía sau cố thể ra xa hơn và càng dài

b/ Hình trụ

80% Volt 100% Volt

Nhận xét :

Hình trụ : tương tự như hình cầu do dòng khói đang di chuyển theo phương thẳng đứng, vuông góc với cố thể , nên mặt cắt cầu và trụ đều cho biên dạng là hình tròn

c/ Đĩa tròn

80% Volt 100% Volt

Nhận xét:

Đĩa tròn :

Với đĩa tròn tại vận tốc 40% Volt thì đường dòng cũng rất mờ, khi tăng đến 60% sẽ thấy một vùng mở rộng phía mặt trên của đĩa do tách rời lớp biên tại mép ngoài của đĩa tròn Khi vận tốc 80 và 100% Volt , vùng mở rộng càng lớn và xoáy mặt trên đĩa dài ra thêm

d/ Cánh trắng

40% Volt 60% Volt

80% Volt 100% Volt Đối với cố thể cánh trắng có thể nhận thấy:

-Ứng với vận tốc 40% Volt, dòng rối ngay khi gặp cánh

-Khi ta tăng dần vận tốc, dòng đến gặp cố thể nhanh hơn, các đường dòng ôm lấy bề mặt cánh

về phía trước Hai bên mép cánh cũng được các đường dòng ôm sát, uốn cong khi gặp biên dạng cánh, vết hâu lưu càng dài khi ta tăng dần vận tốc dòng khói

e/ Cánh đen có flap , góc tới bằng 0

40% Volt 60% Volt

80% Volt 100% Volt

Biên dạng cánh đen có flap và góc tới bằng 0:

-Nhận thấy khi vận tốc dòng khói là 40% Volt, dòng khói rối trước khi gặp cánh ( tốc độ dòng khói chưa đủ để quan sát hiện tượng )

-Khi ta tăng dần vận tốc, hiện tượng tách rời lớp biên xuất hiện 2 bên mép cánh, càng tăng vận tốc dòng khói càng tách xa khỏi mép cánh, dòng khói như uốn cong nhiều hơn ở 2 bên mép cánh khi đạt vận tốc 100% Volt ( khi vận tốc càng lớn dòng càng uốn cong 2 bên mép cánh, đặc biệt là ở mép bên phải )

f/ Cánh đen có flap góc tới dương

40% Volt 60% Volt

80% Volt 100% Volt

Cánh đen có flap và góc tới dương:

- Nhận thấy hiện tượng tách rời lớp biên xảy ra rõ ràng hơn, tách rời lớp biên tại mép phải xảy ra sớm hơn đối với trường hợp góc tới bằng 0

- Ở mép trái điểm tách rời lớp biên như dời ra phí sau so trường hợp hóc tới bằng 0

- Phía sau đuôi flap xuất hiện xoáy, ngay sau mép trái rất rõ

g/ Cánh đen có flap âm

40% Volt 60% Volt

80% Volt 100% Volt

Cánh đen có flap và góc tới âm:

- Ta quan sát được rằng hiện tượng tách rời lớp biên xảy ra sớm ở mép trái của cánh, phía bên phải đường dòng chạy dọc và uốn cong theo bề mặt cánh Ở phía phải cánh, càng về sau flap dòng khói càng thu hẹp và sắc nét

(***) MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THAM KHẢO CHO CÁC CỐ THỂ KHÁC

Nguồn:

http://www.youtube.com/watch?v=TOUylg7Eyec http://www.youtube.com/watch?v=43rGZRMB120 http://en.wikipedia.org/wiki/Potential_flow