Nghiên cứu đặc tính thủy lực và xâm thực dòng 2d tốc độ cao chảy bao cánh có chiều dầy với biên dạng 1 cung tròn bằng mô phỏng số
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.39 MB, 153 trang )
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu đặc tính thủy lực và xâm thực
dịng 2D tốc độ cao chảy bao cánh có chiều
dầy với biên dạng 1 cung trịn bằng mơ
phỏng số
NGUYỄN VĂN THANH
Ngành Kỹ thuật cơ khí động lực
Giảng viên hướng dẫn 1: PGS.TS. Trương Việt Anh
Chữ ký của GVHD
Khoa:
Cơ khí động lực, Trường Cơ khí, Đại học Bách
Khoa Hà Nội
Giảng viên hướng dẫn 2: TS. Lê Đình Anh
Chữ ký của GVHD
Khoa:
Viện Cơng nghệ Hàng khơng Vũ trụ, Trường Đại
học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội
HÀ NỘI, 04/2023
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập ‒ Tự do ‒ Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Văn Thanh
Đề tài luận văn: Nghiên cứu đặc tính thủy lực và xâm thực dòng 2D tốc độ cao
chảy bao cánh có chiều dầy với biên dạng 1 cung trịn bằng mơ phỏng số
Chun ngành: Cơ khí động lực
Mã số HV: 20211328M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã
sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 26/04/2023 với các nội
dung sau:
1. Đã thống nhất tên đề tài, sử dụng thuật ngữ “túi hơi xâm thực” thay cho
“khoang xâm thực”
2. Đã Việt hóa tồn bộ các chú thích tiếng Anh trong các hình ảnh, bảng biểu
3. Đã sửa lỗi soạn thảo
4. Đã cập nhật lại các tài liệu tham khảo
5. Đã sắp xếp lại tất cả các phần đánh số phương trình, căn lề phải
6. Đã xuất lại các file ảnh có chất lượng tốt hơn để in ấn
7. Đã chỉnh sửa một số nội dung cho phù hợp với phạm vi của luận văn
Ngày
Giáo viên hướng dẫn
PGS.TS. Trương Việt Anh TS. Lê Đình Anh
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
tháng
năm
Tác giả luận văn
KS. Nguyễn Văn Thanh
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Họ và tên học viên:
Nguyễn Văn Thanh
Ngành:
Cơ khí động lực
Hệ:
Thạc sĩ khoa học
Khóa:
2021A
Họ và tên giáo viên hướng dẫn 1: PGS.TS. Trương Việt Anh
Họ và tên giáo viên hướng dẫn 2: TS. Lê Đình Anh
Tên đề tài: Nghiên cứu đặc tính thủy lực và xâm thực dịng 2D tốc độ cao chảy bao
cánh có chiều dầy với biên dạng 1 cung trịn bằng mơ phỏng số.
Mục tiêu của đề tài:
Xây dựng đặc tính thủy lực và xâm thực dòng 2D tốc độ cao chảy bao cánh
có chiều dầy với biên dạng 1 cung trịn bằng mô phỏng số. Cụ thể, đưa ra mối tương
quan giữa đặc tính thủy lực và xâm thực theo góc tới, hệ số xâm thực, độ cong cung,
6
quy luật đắp chiều dầy trong điều kiện dịng là dịng nước có tốc độ cao (Re = 10 ).
Nội dung của đề tài, các vấn đề cần được giải quyết:
Phương pháp mô phỏng số để mơ phỏng dịng chảy rối và xâm thực chảy bao
cánh 2D
Đưa ra đặc tính thủy lực của cách 1 cung tròn chiều dầy hữu hạn (chưa kể
đến hiện tượng xâm thực)
Đưa ra đặc tính thủy lực của cách 1 cung tròn chiều dầy đắp theo quy luật
IVGM420 (chưa kể đến hiện tượng xâm thực)
Đưa đặc tính thủy lực và xâm thực của cách 1 cung tròn chiều dầy đắp theo
quy luật IVGM420
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
PGS.TS. Trương Việt Anh
TS. Lê Đình Anh
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu đặc tính thủy lực và xâm thực
dịng 2D tốc độ cao chảy bao cánh có chiều dầy với biên dạng 1 cung trịn bằng mơ
phỏng số”, tơi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể Ban Giám
hiệu, Bộ phận Đào tạo Sau Đại học - Phịng Đào tạo, Khoa Cơ khí động lực, giảng viên,
cán bộ các phòng, ban chức năng Trường Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội. Tơi xin
bày tỏ lịng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới
PGS.TS. Trương Việt Anh và TS. Lê Đình Anh – những thầy giáo trực tiếp hướng dẫn
tơi hồn thành luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Đề tài KHCN cấp
DHQGHN, Mã số đề tài: QG.21.32 đã hỗ trợ tơi trong q trình thực hiện luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình thực hiện và hồn thành luận văn này.
TĨM TẮT
Luận văn thạc sĩ trình bày về nội dung: “Nghiên cứu đặc tính thủy lực và xâm
thực dịng 2D tốc độ cao chảy bao cánh có chiều dầy với biên dạng 1 cung trịn bằng
mơ phỏng số”. Để thực hiện nội dung này, tác giả nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về
dòng chảy bao, dòng chảy xâm thực, lý thuyết về tính tốn động lực học lưu chất
(CFD), phương pháp tính tốn cách 1 cung trịn (phương pháp Voznhexenxki - Pekin),
các mơ hình số của dịng chảy rối và dịng chảy xâm thực. Sau đó, xây dựng ra phương
pháp mơ phỏng dịng chảy rối và dịng chảy xâm thực tốc độ cao chảy bao biên dạng
cánh 2D. Phương pháp mô phỏng số được tiến hành gồm các bước sau: Tiến hành xây
dựng mơ hình hình học, miền tính tốn, đánh giá hội tụ lưới, xác định mơ hình rối, mơ
hình xâm thực phù hợp thơng qua kiểm chứng với thơng số thực nghiệm, nghiên cứu
khác có cùng điều kiện dòng vào. Sau khi thực hiện các bước trên và có được phương
pháp số phù hợp, tiếp tục tiến hành mơ phỏng dịng chảy qua các biên dạng cánh nghiên
cứu. Tất cả các tính tốn được thực hiện trên phần mền Ansys Fluent 19.1. Các kết quả
nghiên cứu được tổng hợp và xử lý dưới dạng bảng biểu và đồ thị. Kết quả của luận văn
phù hợp với các vấn đề đã đặt ra. Kết quả góp phần bổ sung cơ sở dữ liệu cho quá trình
thiết kế máy cánh dẫn, vừa là tính thực tiễn và cấp thiết, đóng góp cho ngành máy thủy
khí phát triển trong định hướng cơng nghiệp hóa đất nước.
Hướng phát triển tiếp theo của đề tài (nếu có) sẽ khảo sát và đánh giá rộng hơn
về ảnh hưởng của các tính chất vật lý của mơi chất làm việc như nồng độ khí hịa tan,
nhiệt độ mơi chất đến đặc tính thủy lực, đặc tính xâm thực của cánh 2D. Bên cạnh đó,
ứng dụng kết quả nghiên cứu này để phát triển các mẫu máy bơm hướng trục tỷ tốc cao
nhằm nâng cao khả năng chống xâm thực và chất lượng thủy lực của máy.
Tác giả luận văn
KS. Nguyễn Văn Thanh
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................................................9
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................................................17
DANH MỤC KÍ HIỆU............................................................................................................................18
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................................................21
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN....................................................................................................................1
1.1
Phạm vi ứng dụng của cách 1 cung trịn................................................................................1
1.2
Một số nghiên cứu nước ngồi liên quan đến đề tài..........................................................1
1.3 Một số nghiên cứu về phương pháp mơ phỏng dịng chảy rối chảy bao biên dạng
cánh 2D........................................................................................................................................................3
1.4
Một số nghiên cứu về phương pháp mơ phỏng dịng chảy xâm thực...........................5
1.5
Tính cấp thiết và vấn đề nghiên cứu của đề tài...................................................................7
1.6
Mục tiêu của luận văn.................................................................................................................9
1.7
Nội dung cơ bản của luận văn..................................................................................................9
1.8
Phương pháp nghiên cứu............................................................................................................9
1.9
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................................10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................................11
2.1
Đặc tính thủy lực dịng chảy bao quanh cánh 2D.............................................................11
2.2
Lý thuyết dòng chảy xâm thực và đặc tính xâm thực cánh 2D [39]...........................11
2.2.1
Hiện tượng xâm thực........................................................................................................11
2.2.2
Xâm thực trong dòng chảy thực....................................................................................13
2.2.3
Hệ số xâm thực – Cavitation Number.........................................................................15
2.2.4
Phân loại xâm thực trên Hydrofoil...............................................................................16
2.2.5
Tính chất dịng xâm thực chảy bao biên dạng Hydrofoil......................................18
2.3 Lý thuyết về mô phỏng số động lực học lưu chất CFD và các mơ hình số mơ phỏng
hiện tượng rối và xâm thực trên cánh 2D......................................................................... 28
2.3.1
2.3.2
Tổng quan về CFD [40] .................................................................................. 28
Cơ sở lý thuyết tính tốn CFD ........................................................................ 30
2.3.3
Các mơ hình rối ............................................................................................... 37
2.3.4
Mơ hình xâm thực ........................................................................................... 43
2.4
Phương pháp thiết kế cánh dạng đường nhân cung tròn trong bơm hướng trục
(phương pháp Voznhexenxki - Pekin) [5] ......................................................................... 44
2.4.1 Cơ sở lí thuyết phương pháp tích phân của Voznhexenxki - Pekin ................ 44
2.4.2 Nội dung tính tốn cánh cơng tác theo phương pháp Voznhexenski - Pekin . 51
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH THỦY LỰC CÁNH 1 CUNG TRỊN CĨ
CHIỀU DẦY HỮU HẠN VÀ CHIỀU DẦY ĐẮP THEO QUY LUẬT IVGM420....... 62
3.1 Xây dựng biên dạng hình học, miền tính tốn và đánh giá hội tụ lưới .................. 62
3.1.1 Các dạng hình học ...........................................................................................62
3.2
3.3
3.1.2
Xây dựng miền tính tốn và chia lưới trong ICMCFD ................................... 64
3.1.3
Điều kiện biên tính tốn ..................................................................................65
3.1.4
Đánh giá hội tụ lưới ........................................................................................66
Xây dựng phương pháp mơ phỏng dịng chảy rối ..................................................67
3.2.1
Thiết lập mơ hình tường và thuật giải cụ thể cho các mơ hình rối ................. 67
3.2.2
Kết quả lựa chọn mơ hình rối .........................................................................68
Đặc tính thủy lực và tính chất dịng chảy của cách 1 cung trịn có chiều dầy hữu hạn
69
3.3.1 Đặc tính thủy lực của cánh 1 cung trịn có chiều dầy hữu hạn .......................70
3.3.2 Đặc tính dịng chảy của cánh 1 cung trịn có chiều dầy hữu hạn ....................70
3.4 Đặc tính thủy lực và tính chất dịng chảy của cách 1 cung trịn có chiều dầy đắp theo
mẫu IVGM420 ..................................................................................................................73
3.4.1
Đặc tính thủy lực của cánh 1 cung trịn có chiều dầy đắp theo mẫu IVGM420
73
3.4.2
Đặc tính dịng chảy của cánh 1 cung trịn có chiều dầy đắp theo mẫu IVGM420
79
3.5 Kết luận.................................................................................................................. 87
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH XÂM THỰC CÁNH 1 CUNG TRỊN CÓ
CHIỀU DẦY ĐẮP THEO QUY LUẬT IVGM420......................................................... 89
4.1
Xây dựng phương pháp mơ phỏng dịng xâm thực tốc độ cao chảy bao biên dạng
cánh 2D ............................................................................................................................. 89
4.1.1 Thiết lập thuật giải và điều kiện biên tính tốn .............................................. 89
4.1.2
Kết quả và thảo luận ....................................................................................... 91
4.2 Đặc tính xâm thực .................................................................................................. 95
4.2.1
Một số kết luận về đặc tính xâm thực của mẫu cách 1 cung trịn có chiều dầy
đắp theo mẫu IVGM420. .............................................................................................. 95
4.2.2 Một số ảnh hưởng của chiều dầy đến tính chất xâm thực. ............................. 96
4.2.3
4.3
Các dạng xâm thực xuất hiện trên cách 1 cung tròn ...................................... 97
Kết luận chương .................................................................................................. 118
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN................................................................................................ 120
5.1
Kết luận................................................................................................................ 120
5.2
Hướng phát triển của đề tài ................................................................................. 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 123
PHỤ LỤC.......................................................................................................................... 127
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Ứng dụng trong bơm hướng trục......................................................................................1
Hình 1.2 Ứng dụng trong máy nén hướng trục.............................................................................1
Hình 1.3 Ứng dụng trong tuabin Savonius......................................................................................1
Hình 1.4 Ứng dụng trong quạt ly tâm................................................................................................1
Hình 2.1 Phân bố lực trên biên dạng cánh....................................................................................11
Hình 2.2 Biểu đồ pha [39]....................................................................................................................12
Hình 2.3 Andrews-isotherms [39].....................................................................................................12
Hình 2.4 Các dạng xâm thực trên Hydrofoil [37]......................................................................17
Hình 2.5 Dịng chảy bao profine [37].............................................................................................18
6
Hình 2.6 Các dạng xâm thực chính tại Re = 2x10 trên mặt trên của biên dạng cánh
hình trịn plano [39].................................................................................................................................20
Hình 2. 7 Dịng chảy ngược (re-entrant jet) [39].......................................................................22
Hình 2.8 Hành vi khơng ổn định điển hình của túi hơi xâm thực, sự phát triển của
dòng chảy ngược và sự tan rã định kỳ của các đám mây xâm thực [39].........................22
Hình 2.9 Dịng chảy xâm thực qua Hydrofoil, dịng chảy ngược.......................................22
Hình 2.10 Cơ chế của dịng siêu xâm thực [39].........................................................................24
Hình 2.11 Tách thành của dịng siêu thâm thực chảy qua vật thể có cạch sắc (a) và vật
thể có tường trơn chu [39]....................................................................................................................24
Hình 2.12( a) tách thành khơng tiếp tuyến và (b) tách thành tiếp tuyến [39]................24
Hình 2. 13 Ảnh hưởng của ứng suất bề mặt đến điểm tách thành [39]............................25
Hình 2.14 Chiều dài túi hơi xâm thực khơng thứ nguyên với áp suất tương đối của túi
hơi xâm thực theo tọa độ logarit đối với một nêm đối xứng trong kênh bề mặt tự do
[Michel 1973] tại ba giá trị của độ sâu chìm h [39]..................................................................27
Hình 2.15 Ứng dụng CFD trong hàng khơng..............................................................................30
Hình 2.16 Ứng dụng CFD trong otô......................................................................... 30
Hình 2.17 Ứng dụng CFD trong máy cánh ................................................................ 30
Hình 2.18 Ứng dụng CFD trong xây dựng ................................................................ 30
Hình 2.19 Sơ đồ lưới profin mỏng vô cùng và phân bố xốy trên đường nhân [5] .. 46
Hình 2.20 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa Δα và βo [5] ..............................................o [5] .............................................. 49
Hình 2.21 Các đường cong biểu diễn quan hệ phụ thuộc của L* vào bước lưới tương
đối T/L và góc đặt [5] ................................................................................................
50
Hình 2.22 Đồ thị xác định bổ sung độ cong tính tới ảnh hưởng của chiều dầy profin
[5] ...............................................................................................................................
[5] ..............................................................
Hình 2.23 Biểu đồ quan hệ
Hình 2.24 Biểu đồ quan hệ ൌ
ư
50
53
53
ns=f(KHtư) [5] .................................................................
Hình 2.25 Biểu đồ để xác định độ mau tối thiểu cho phép của lưới cánh [5] ........... 54
Hình 2. 26 Biểu đồ xác định độ mau lưới cánh ở tiết diện trung bình [5] ................. 57
Hình 2.27 Sơ đồ tiết diện kinh tuyến của bánh cơng tác [5] ...................................... 58
Hình 2.28 Sơ đồ xác định các thơng số hình học của cung tương đương [5] ............ 60
Hinh 3.1 Biên dạng hình học NACA4412 [53] .........................................................
62
Hinh 3.2 Cấu trúc hình học của cánh CAβo [5] ..............................................x ..............................................................
63
Hinh 3.3 Cấu trúc hình học của cánh CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................y ....................................................
63
Hinh 3.4 Tổng hợp hình học tính tốn của cánh CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................y ................................... 64
Hình 3.5 Tính tốn chiều cao lớp biên
ban đầu
online.com/Tools/yplus.php) .....................................................................................
(-
Hình 3.6 Miền tính tốn cánh CAβo [5] ..............................................x ..........................................................................
65
65
Hình 3.7 Miền tính tốn cánh NACA4412 ................................................................
65
Hình 3.8 Miền tính tốn cánh CAβo [5] ..............................................48δy ....................................................4 ....................................................................
66
Hình 3.9 Miền tính tốn cánh CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................y ................................................................
66
Hình 3.10 Đánh giá hội tụ lưới ..................................................................................
69
Hình 3.11 Đường cong hệ số CL theo góc
tấn
trên mẫu NACA4412..............................................................................................................................69
Hình 3.12 So sánh phấn bố hệ số Cp................................................................................................69
Hình 3.13 So sánh kết quả mô phỏng hệ số CD và CL với kết quả thực nghiệm trên
CAβo [5] ..............................................48δy ....................................................4.......................................................................................................................................................69
Hình 3.14 Đánh giá hội tụ lưới cách 1 cung tròn có chiều dầy hữu hạn.........................71
Hình 3.15 Đường đặc tính hệ số CL của CAβo [5] ..............................................x tại Re = 1e6...............................................71
Hình 3.16 Đánh giá hội tụ chiều dầy...............................................................................................71
Hình 3.17 Đường đặc tính hệ số CD của CAβo [5] ..............................................x tại Re=1e6...................................................71
Hình 3.18 CL, CD của CAβo [5] ..............................................x tại Re = 1e6......................................................................................71
Hình 3.19 Đường tỷ số L/ D của CAβo [5] ..............................................x..........................................................................................71
Hình 3.20 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................5.......................................................................72
Hình 3.21 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................8.......................................................................72
Hình 3.22 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................10....................................................................72
Hình 3.23 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................12....................................................................72
Hình 3.24 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................15....................................................................72
Hình 3.25 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................18....................................................................72
Hình 3.26 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................20....................................................................73
Hình 3.27 Phân bố đường dịng trên cánh CAβo [5] ..............................................x tại α = -3
0
.................................................73
Hình 3.28 Đường đặc tính hệ số nâng của CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại Re = 1e6...............................75
Hình 3.29 Đường đặc tính hệ số nâng của CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y tại Re = 1e6............................75
Hình 3.30 Đường đặc tính hệ số nâng của CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y tại Re = 1e6............................75
Hình 3.31 Đường đặc tính hệ số nâng của CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y tại Re = 1e6............................75
Hình 3.32 Đường đặc tính hệ số cản của CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại Re = 1e6..................................75
Hình 3.33 Đường đặc tính hệ số cản của CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y tại Re = 1e6...............................75
Hình 3.34 Đường đặc tính hệ số cản của CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y tại Re = 1e6...............................76
Hình 3.35 Đường đặc tính hệ số cản của CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y tại Re = 1e6...............................76
Hình 3.36 Mối quan hệ giữa hệ số CL và CD của CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại Re = 1e6.................76
Hình 3.37 Mối quan hệ giữa hệ số CL và CD của CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y tại Re = 1e6...............76
Hình 3.38 Mối quan hệ giữa hệ số CL và CD của CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y tại Re = 1e6...............76
Hình 3.39 Mối quan hệ giữa hệ số CL và CD của CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y tại Re = 1e6...............76
Hình 3.40 Đường tỷ số L/ D của CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại Re = 1e6..................................................77
Hình 3.41 Đường tỷ số L/ D của CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y tại Re = 1e6...............................................77
Hình 3.42 Đường tỷ số L/ D của CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y tại Re = 1e6...............................................77
Hình 3.43 Đường tỷ số L/ D của CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y tại Re = 1e6...............................................77
Hình 3.44 Phân bố tuyến tính hệ số CL của biên dạng CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại Re = 1e6.....77
Hình 3.45 Phân bố tuyến tính hệ số CL của biên dạng CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y tại Re = 1e6...77
Hình 3.46 Phân bố tuyến tính hệ số CL của biên dạng CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y tại Re = 1e6...78
Hình 3.47 Phân bố tuyến tính hệ số CL của biên dạng CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y tại Re = 1e6...78
Hình 3.48 Phân bố hàm bậc 2 CD của CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại Re = 1e6........................................78
Hình 3.49 Phân bố hàm bậc 2 CD của CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y tại Re = 1e6.....................................78
Hình 3.50 Phân bố hàm bậc 2 CD của CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y tại Re = 1e6.....................................78
Hình 3.51 Phân bố hàm bậc 2 CD của CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y tại Re = 1e6.....................................78
Hình 3.52 Phân bố hệ số lực nâng lớn nhất CLmax của từng biên dạng cánh CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................y
79
0
Hình 3.53 Phân bố đường dịng tại góc 6 trên CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................3................................................82
0
Hình 3.54 Phân bố đường dịng tại góc 9 trên CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................5................................................82
0
Hình 3.55 Phân bố đường dịng tại góc 15 trên CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................8.............................................82
0
Hình 3.56 Phân bố đường dịng tại góc 3 trên CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y................................................82
0
Hình 3.57 Phân bố đường dịng tại góc 6 trên CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y................................................82
0
Hình 3.58 Phân bố đường dịng tại góc 9 trên CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y................................................82
0
Hình 3.59 Phân bố đường dịng tại góc 12 trên CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y..............................................83
0
Hình 3.60 Phân bố đường dịng tại góc 15 trên CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y..............................................83
0
Hình 3.61 Phân bố đường dịng tại góc 18 trên CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y..............................................83
0
Hình 3.62 Phân bố đường dịng tại góc -6 trên CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................y..............................................83
0
Hình 3.63 Phân bố đường dịng tại góc 3 trên CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y..............................................83
0
Hình 3.64 Phân bố đường dịng tại góc 6 trên CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y..............................................83
0
Hình 3.65 Phân bố đường dịng tại góc 9 trên CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y..............................................84
0
Hình 3.66 Phân bố đường dịng tại góc 12 trên CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y...........................................84
0
Hình 3.67 Phân bố đường dịng tại góc 15 trên CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y...........................................84
0
Hình 3.68 Phân bố đường dịng tại góc 18 trên CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y...........................................84
0
Hình 3.69 Phân bố đường dịng tại góc -6 trên CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................y............................................84
0
Hình 3.70 Phân bố đường dịng tại góc 3 trên CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y..............................................84
0
Hình 3.71 Phân bố đường dịng tại góc 6 trên CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y..............................................85
0
Hình 3.72 Phân bố đường dịng tại góc 9 trên CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y..............................................85
0
Hình 3.73 Phân bố đường dịng tại góc 12 trên CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y...........................................85
0
Hình 3.74 Phân bố đường dịng tại góc 15 trên CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y...........................................85
0
Hình 3.75 Phân bố đường dịng tại góc -6 trên CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................y............................................85
0
Hình 3.76 Phân bố đường dịng tại góc 3 trên CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y..............................................85
0
Hình 3.77 Phân bố đường dịng tại góc 6 trên CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y..............................................86
0
Hình 3.78 Phân bố đường dịng tại góc 9 trên CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y..............................................86
0
Hình 3.79 Phân bố đường dịng tại góc 12 trên CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y...........................................86
Hình 3.80 Phân bố đường dịng tại góc 150 trên CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y................................. 86
Hình 3.81 Phân bố đường dịng tại góc 180 trên CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y ................................ 86
Hình 3.82 Phân bố đường dịng tại góc -60 trên CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................y ................................. 86
Hình 3.83 Mơ tả các hiện tượng thất tốc trên cánh CAβo [5] ..............................................xδy ....................................................y tại Re = 1e6 khi chiều dầy
thay đổi ....................................................................................................................... 87
Hình 4.1 Miền tính tốn NACA4412, kiểu lưới H-Grid............................................ 90
Hình 4.2 Hành vi khơng ổn định của túi hơi xâm thực, sự phát triển của dòng chảy
0
ngược và sự tan rã định kỳ của các đám mây xâm thực (góc tấn 8 , Re = 0.7e6, σ =
0.8 ............................................................................................................................... 91
Hình 4.3 Dao động hệ số nâng trong một chu kì xâm thực trên cách NACA4412 tại
0
góc tấn 8 , Re = 0.7e6, σ = 0.8 ................................................................................... 92
Hình 4.4 Hành vi phân bố vận tốc, phát triển xốy vận tốc theo thời gian tại đi cánh
....................................................................................................................................93
Hình 4.5 So sánh kết quả sự phân rã túi hơi xâm thực tính tốn với thực nghiệm [55]
0
và kết quả số [57] trong một chu kỳ (góc tấn 8 , Re = 0.7e6, σ = 0.8) ...................... 94
0
Hình 4.6 Túi hơi xâm thực mép vào cánh cánh CAβo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại σ = 1, α = 3 ................ 97
0
Hình 4.7 Phân bố túi hơi xâm thực mặt lưng cánh CAβo [5] ..............................................5δy ....................................................y tại σ = 1, α = 6 ........... 97
0
Hình 4.8 Một số trường hợp khơng xâm thực trên mẫu cánh CAβo [5] ..............................................xδy ....................................................8 tại σ = 3, α = 0
....................................................................................................................................97
Hình 4.9 Phân bố vùng khơng xâm thực (Non-Cavitation Zone) của các mẫu cánh 98
Hình 4.10 Một số trường hợp xâm thực mép vào lưng và bụng của mẫu cánh CAβo [5] ..............................................xδy ....................................................y
....................................................................................................................................99
Hình 4.11 Một số trường hợp xâm thực dạng tâm ở lưng và bụng của mẫu cánh
CAβo [5] ..............................................xδy ....................................................y ...................................................................................................................... 99
Hình 4.12 Một số trường hợp xâm thực tấm do độ khum lưng cánh (CSC) ........... 100
Hình 4.13 Xâm thực tấm do độ khum lưng cánh và xâm thực mép vào bụng cánh 100
Hình 4.14 Một số trường hợp xâm thực dạng tấm/ mây .......................................... 101
Hình 4.15 Hành vi khơng ổn định của túi hơi xâm thực dạng xâm thực tấm/ mây do
độ khum lưng cánh ................................................................................................... 102
Hình 4.16 Một số trường hợp siêu xâm thực ở mặt lưng và bụng cánh.......................102
Hình 4.17 Một số trường hợp xâm thực xốy (VC)...............................................................102
Hình 4.18 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................3 tại Re = 1e6...............103
Hình 4.19 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................5 tại Re = 1e6...............104
Hình 4.20 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................8 tại Re = 1e6...............104
Hình 4.21 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................10 tại Re = 1e6............105
Hình 4.22 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................5δy ....................................................12 tại Re = 1e6............106
Hình 4.23 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................3 tại Re = 1e6............106
Hình 4.24 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................5 tại Re = 1e6............107
Hình 4.25 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................8 tại Re = 1e6............108
Hình 4.26 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................10 tại Re = 1e6..........108
Hình 4.27 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................10δy ....................................................12 tại Re = 1e6..........109
Hình 4.28 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................3 tại Re = 1e6............110
Hình 4.29 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................5 tại Re = 1e6............110
Hình 4.30 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................8 tại Re = 1e6............111
Hình 4.31 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................10 tại Re = 1e6..........112
Hình 4. 32 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................15δy ....................................................12 tại Re = 1e6........112
Hình 4.33 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................3 tại Re = 1e6............113
Hình 4.34 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................5 tại Re = 1e6............114
Hình 4.35 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................8 tại Re = 1e6............114
Hình 4.36 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................10 tại Re = 1e6..........115
Hình 4.37 Tổng hợp đặc tính xâm thực của mẫu CA420βo [5] ..............................................20δy ....................................................12 tại Re = 1e6..........116
0
Hình 4.38 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 15 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 10%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 0.3..............................................................................................................................116
0
Hình 4.39 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 15 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 10%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 0.5..............................................................................................................................116
0
Hình 4.40 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 15 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 10%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 0.7..............................................................................................................................117
0
Hình 4.41 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 15 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 10%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 1.0..............................................................................................................................117
0
Hình 4.42 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 10 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 8%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 0.3..............................................................................................................................117
0
Hình 4.43 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 10 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 8%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 0.5..............................................................................................................................118
0
Hình 4.44 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 10 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 8%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 0.7..............................................................................................................................118
0
Hình 4.45 Ứng xử xâm thực trên các mẫu cánh có cùng độ cong cung βo [5] .............................................. = 10 và chiều
0
0
dầy cực đại thay đổi từ δy ....................................................max = 3%C ÷ 8%C trong phạm vi góc tấn -3 đến + 6 và hệ
số xâm thực σ = 1.0..............................................................................................................................118
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Bảng tọa độ profin mẫu IVGM 420 ..........................................................
Bảng 3.1 Thiết lập thuật giải cho mô hình tính tốn lưới
67
61
Bảng 3.2 Thơng tin thiết lập tính tốn của các mơ hình rối ......................................
68
Bảng 4.1 Thiết lập thuật giải
90
Bảng 4.2 Sự thay đổi hệ số CL trong một chu kỳ xâm thực (góc tấn 8 0, Re = 0.7e6, σ =
0.8) ......................................................................................................................... 91
DANH MỤC KÍ HIỆU
Kí hiệu
Đơn vi
Ý nghĩa
L
N
Lực nâng
D
N
Lực cản
V∞
m/s
Vận tốc dịng khơng nhiễu
Α
0
Góc tấn (Angle of Attack)
CL
Hệ số lực nâng (Lift Coefficient)
CD
Hệ số lực cản (Drag Coefficient)
CP
Hệ số áp suất
C
M
Chiều dài dây cung (Chord line)
S
Β
Diện tích tham chiếu
0
Độ cong cung cung tròn
δy ....................................................max
% Độ dầy lớn nhất của cách 1 cung trịn tại vị trí 45%
chiều dài dây cung
CAβo [5] ..............................................x
Cách 1 cung trịn có độ cong cung x
CA420βo [5] ..............................................xδy ....................................................y
LDB
Cách 1 cung trịn có độ cong cung x , δy ....................................................max là y và chiều
dầy được đắp theo quy luật IVGM420
Túi hơi xâm thực tách thành đầu cánh
LES
Thất tốc đầu cánh
TES
Thất tốc đuôi cánh
0
Pref
Pa
Áp suất tham chiếu
PV
Pa
Áp suất hóa hơi
T
0
Nhiệt độ mơi chất
C; K
Σ
Re
Hệ số xâm thực
Hệ số Reynolds
St
Hệ số Strouhal
3
Ρ
Kg/m
Γ
Kg/m.s
G
m/s
Ν
m /s
kg/ ms
kg/ ms
Μ
μm; μtur
0
2
2
Khối lượng riêng
2
Trọng lượng riêng của nước
Gia tốc trọng trường
Độ nhớt động học
Độ nhớt động lực học
Độ nhớt tầng của hỗn hợp và độ nhớt hỗn loạn.
αv; αL
αv và αL lần lượt là phần thể tích hơi và chất lỏng.
CV
Nhiệt dung riêng đẳng tích
CP
N
KW
Nhiệt dung riêng đẳng áp
Công suất
Nđc
KW
Công suất động cơ
Ntl
KW
Công suất thuỷ lực
η
Kđc
%
Hiệu suất
%
Hiệu suất động cơ
Ktl
%
Hiệu suất thuỷ lực
KQ
%
Hiệu suất lưu lượng
KQ
Hệ số lưu lượng
KH
Hệ số cột áp
KHtư
Hệ số cột áp tối ưu
Ztư
Số lá cánh tối ưu
n
v/ph
ns
Số vòng quay làm việc của bơm
Số vòng quay đặc trưng của bơm
H
M
Q
m /s
Lưu lượng
D
D
M
M
Đường kính bánh cơng tác
Đường kính bầu bánh cơng tác
Rb
M
Bán kính bầu cánh
Ri
M
Bán kính của các tiết diện tính tốn thứ i
Rtb
M
Bán kính trung bình
3
Cột áp
(Gmax/L)b
Độ dầy tương đối max ở tiết diện sát bầu
(Gmax/L)D
Độ dầy tương đối max ở tiết diện ngồi biên
H
M
Khe hở giữa bánh cơng tác và vành mịn
U
m/s
Vận tốc vịng
Z
rad/s
Vận tốc góc
W
m/s
Vận tốc tương đối
W∞
m/s
Vận tốc tương đối ở vô cực
W2U
m/s
W1U
m/s
Thành phần theo phương u của vận tốc tương đối sau
khi ra khỏi cánh
Thành phần theo phương u của vận tốc tương đối
trước khi vào cánh
m/s
Wz
Γ
Γ1
'EE
Thành phần theo phương dọc trục của vận tốc tương
đối
Lưu số của bánh cơng tác
Lưu số mỗi lá cánh
=E2-E1
'EEbt
'EEmax
E2
E1
0
Góc ngoặt bình thường của vận tốc
0
Góc ngoặt bình thường của vận tốc
0
Góc ngoặt max của vận tốc
0
Góc W2 với phương u
0
0
o
T2 = 90 - EE2
'ED
0
0
Dgoc
0
Dbien
T
To = T/L
Góc W 1 với phương u
Góc tạo bởi phương của vận tốc W2 và trục z
Góc va (trong trường hợp tính tốn cánh cơng tác)
Góc đặt profin gốc cánh
Góc đặt profin ngồi biên
Bước lưới trong trường hợp tính tốn cánh cơng tác
Bước lưới khi L 0 = 1
T/L
Bước lưới tương đối dãy cánh
L/T
Mật độ dãy cánh
(L/T)tu
Mật độ dãy cánh ở tối ưu
lmơ
J(s)
M
Chiều dài bầu cánh
Mật độ phân bố xốy trên đường nhân
\o (t)
Hàm dịng của dịng song phẳng khơng nhiễu
\1 (t)
Hàm dịng cảm ứng tạo bởi các xoáy liên hợp
'Ef = ftđ - ftt
Chênh lệch độ cong của cung tương đương và cung
tính tốn
