- i - LỜI CẢM ƠN      Thông qua thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đề tài, nhóm không những được củng cố mà còn hiểu biết nhiều hơn về lượng kiến thức mình đã được học tại trường. Đây là mảng đề tài còn khá mới lạ, chính vì vậy trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài đã gặp không ít những khó khăn. Sau đây nhóm xin gửi lời cảm ơn đến các thầy (cô) cùng tập thể đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đề tài. Trước hết nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Lê Nguyễn Anh Vũ giáo viên giảng dạy môn học Cơ học chất lỏng thuộc Bộ môn Cơ học - Vật liệu, Khoa Kỹ thuật tàu thủy – trường Đại học Nha Trang đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để giúp đỡ nhóm trong quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành đề tài này. Tiếp theo nhóm xin chân thành cảm ơn cơ sở cơ khí Phúc Thành, số 1.01 đường 23/10 – Nha Trang đã giúp đỡ nhóm trong việc chế tạo mô hình. Nhóm cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy (cô) khoa Kỹ thuật tàu thủy đặc biệt là các thầy thuộc bộ môn Cơ học - Vật liệu đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và trang thiết bị trong quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng nhóm xin chân thành cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ và giúp đỡ nhóm. Một lần nữa nhóm xin thành thật tri ân sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn! Nha Trang, tháng 07 năm 2011 NHÓM TÁC GIẢ TRẦN HUỲNH ĐỆ & LƯU MINH KHÁNH - ii - LỜI NÓI ĐẦU Cơ học lưu chất tuy là môn học cơ sở nằm trong chương trình đào tạo của ngành đóng tàu xong lại có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với sinh viên Khoa Kỹ thuật tàu thủy nói riêng và đại học Nha Trang nói chung. Không những mang tính chất là môn học nền tảng cho các mộn học chuyên ngành; cơ chất lỏng còn cung cấp một lượng kiến thức không nhỏ đủ để giúp các sinh viên thực hiện những nghiên cứu khoa học có liên quan đến môn học này, từ đó nâng cao hơn nữa vai trò của môn học. Là môn học có vai trò hết sức quan trọng tuy nhiên, những kiến thức về thực nghiệm lại quá ít so với lượng lý thuyết được cung cấp. Giải pháp thích hợp nhất là phải tăng cường tìm hiểu, nghiên cứu, thực hiện những mô hình cũng như tiến hành thí nghiệm về cơ học lưu chất hay cụ thể hơn là những thí nghiệm về các hiện tượng của dòng chảy, về lớp biên và hiện tượng tách lớp biên, về các cơ chế chuyển tiếp của dòng chảy, Chính vì vậy, để lấp những khoảng trống về kiến thức thực tế của môn học cũng như giúp các sinh viên hiểu rõ hơn những tính chất định tính về sự chuyển động của chất lỏng cộng với lượng kiến thức và kinh nghiệm có được qua 4 năm ngồi trên ghế nhà trường nhóm đi đến quyết định thực hiện đề tài tốt nghiệp với nội dung: “Thiết kế và chế tạo mô hình dòng chảy qua cánh”. Đề tài được thực hiện gồm 5 nội dung chính: Chương 1: Đặt vấn đề. Chương 2: Tổng quan về mô hình dòng chảy qua cánh. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Chương 4: Thiết kế và chế tạo mô hình. Chương 5: Thí nghiệm và hiệu chỉnh. Chương 6: Nhận xét và đề xuất ý kiến. Nha Trang, tháng 07 năm 2011 Nhóm tác giả Trần Huỳnh Đệ & Lưu Minh Khánh - iii - MỤC LỤC      Trang LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC iii CÁC KÝ HIỆU viii PHỤ LỤC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ x PHỤ LỤC BẢNG VẼ x PHỤ LỤC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.1. LÝ DO THƯC HIỆN ĐỀ TÀI 1 1.2. MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1 1.2.1. Mục đích và ý nghĩa đề tài 1 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu 2 1.3. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 2 1.4. GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU VÀ BỐ CỤC NỘI DUNG 3 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn đề tài 3 1.4.2. Bố cục nội dung đề tài 3 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH DÒNG CHẢY QUA CÁNH 5 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH ĐÃ THỰC HIỆN Ở NƯỚC TA 5 2.1.1. Mô hình dòng đường hầm khói (TN1) 5 2.1.1.1. Tổng quan về mô hình 5 2.1.1.2. Kích thước mô hình dòng khí. 6 2.1.1.3. Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 7 - iv - 2.1.1.4. Kết quả thí nghiệm 10 2.1.1.5. Nhận xét về mô hình TN1 12 2.1.2. Mô hình dòng chất lỏng qua cánh (TN2) 12 2.1.2.1. Tổng quan về mô hình. 12 2.1.2.2. Nhận xét về mô hình TN2 14 2.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH ĐÃ THỰC HIỆN TRÊN THẾ GIỚI 14 2.2.1. Mô hình dòng chảy trong kênh hở (TN3) 15 2.2.1.1. Tổng quan về mô hình 15 2.2.1.2. Nhận xét về mô hình TN3 16 2.2.2. Mô hình đường hầm nước (TN4) 18 2.2.2.1. Giới thiệu tổng quan 18 2.2.2.2. Giới thiệu các mô hình nằm trong Seri mô hình TN4 20 2.2.2.3. Nhận xét mô hình TN4 21 2.3. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG(TN5) 23 2.3.1. Tổng quan về thiết bị thí nghiệm thủy lực đại cương (TLĐC) 23 2.3.2. Các kích thước và thông số của thiết bị thí nghiệm TLĐC 24 2.3.3. Nhận xét 25 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 3.1. CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG 26 3.2. LÝ THUYẾT VỀ DÒNG CHẢY 28 3.2.1. Các yếu tố mô tả dòng chất lỏng 28 3.2.1.1. Quỹ đạo, đường dòng 28 3.2.1.2. Dòng nguyên tố, dòng chảy 28 3.2.2. Chuẩn số Reynold và sự chuyển hóa từ chảy tầng sang chảy rối 29 3.2.2.1. Hiện tượng chảy đều tầng 29 3.2.2.2. Hiện tượng chảy cuộn xoáy (chảy rối) 30 3.2.3. Đặc trưng của dòng lưu chất qua vật thể 31 3.3. CÁC PHƯƠNG TRÌNH DÒNG CHẢY 32 - v - 3.3.1. Phương trình liên tục đối với chất lỏng không nén 32 3.3.2. Phương trình Bernoulli của dòng chảy 33 3.3.2.1. Phương trình Bernoulli đối với chất lỏng lý tưởng 33 3.3.2.2. Phương trình Bernoulli đối với chất lỏng thực dòng chảy ổn định 34 3.4. LÝ THUYẾT LỚP BIÊN 35 3.4.1. Khái niệm và phân loại 35 3.4.1.1. Khái niệm 35 3.4.1.2. Phân loại lớp biên 35 3.4.2. Sự phát triển của lớp biên 36 3.4.3. Phương trình chuyển động của chất lỏng thực bên trong lớp biên 37 3.5. LÝ THUYẾT CÁNH 39 3.5.1. Các đặc trưng hình học 39 3.5.2. Các đặc trưng thủy động lực học 40 3.5.3. Giới thiệu cánh NACA và chương trình vẽ cánh 42 3.5.3.1. Khái niệm 42 3.5.3.2. Các thông số hình học và phương trình 4 chữ số của cánh NACA 43 3.5.3.3. Phương trình cánh NACA với 4 chữ số 43 3.5.3.4. Giới thiệu về chương trình vẽ cánh NACA 45 3.6. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG CHẤT LỎNG TRONG KÊNH HỞ 46 3.6.1. Định nghĩa dòng chảy ổn định trong kênh hở 46 3.6.2. Các yếu tố thủy lực của dòng chảy trong kênh hở 47 3.6.3. Cơ sở tính toán, thiết kế kênh nước 49 3.6.3.1. Điều kiện để dòng chảy ổn định trong kênh 49 3.6.3.2. Các công thức xác định vận tốc và lưu lượng dòng chảy trong kênh nước 49 3.6.3.3. Các yếu tố thủy lực của mặt cắt ướt trong kênh 51 3.6.3.4. Mặt cắt ướt có lợi nhất về thủy lực của kênh 52 3.6.3.5. Thiết kế kênh 52 3.7. CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG (TƯƠNG TỰ) 53 - vi - 3.7.1. Định nghĩa đồng dạng (tương tự) 53 3.7.2. Xác định các tiêu chuẩn tương tự 53 3.7.3. Các tiêu chuẩn tương tự thuỷ động lực 54 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÔ HÌNH 55 4.1. Ý NGHĨA CỦA VIỆC CHỌN THIẾT KẾ VỚI DÒNG CHẤT LỎNG 55 4.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 55 4.2.1. Phương án lựa chọn mô hình áp dụng 55 4.2.2. Phương án thiết kế và chế tạo 56 4.3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KÊNH NƯỚC 57 4.3.1. Thiết kế kênh nước với dòng chảy ổn định đều tầng 57 4.3.1.1. Thiết kế kênh cho khu vực thí nghiệm 57 4.3.1.2. Thiết kế kênh cho khu vực thượng lưu và vùng chuyển tiếp 60 4.3.1.3. Thiết kế kênh cho khu vực hạ lưu 61 4.3.1.4. Vị trí cánh trong kênh 62 4.3.1.5.Kích thước tổng quát của kênh 63 4.3.2. Chế tạo kênh nước 64 4.4. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM 66 4.4.1. Quy trình thiết kế - chế tạo cánh 66 4.4.2. Thiết bị tạo tia màu 71 4.4.3. Cơ cấu điều chỉnh góc cánh 75 4.4.4. Thiết bị điều chỉnh lưu tốc và nguồn cấp 77 4.4.4.1. Thiết bị điều chính lưu tốc 77 4.4.4.2. Thiết bị xả và cấp nước cho dòng 77 4.4.5. Thiết bị lọc bẩn và làm giảm rối 79 4.4.6. Bảng tổng hợp các thông số mô hình 80 CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 81 5.1. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 81 - vii - 5.1.1. Mục đích và yêu cầu thí nghiệm 81 5.1.2. Công cụ và thiết bị thí nghiệm cần chuẩn bị 81 5.1.3. Tiến hành thí nghiệm 83 5.2. NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 85 5.2.1. Nhận xét chung về đặc trưng dòng chảy khi gặp cánh 85 5.2.2. Ảnh hưởng của hình dạng vật thể đến đặc trưng dòng chảy 86 5.2.3. Ảnh hưởng của góc tới đến đặc trưng dòng chảy 88 5.3. HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH 90 5.3.1. Điều chỉnh cửa xả 90 5.3.2. Thay đổi vị trí cánh 91 5.3.3. Tăng vận tốc dòng chảy 92 5.4. BẢNG TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ MÔ HÌNH 93 CHƯƠNG 6: NHẬN XÉT VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 94 6.1. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 94 6.1.1. Thành công đạt được 94 6.1.1.1. Thành công về phương pháp nghiên cứu 94 6.1.1.2. Thành công về mặt thiết kế và chế tạo 94 6.1.1.3. Thành công trong việc mô phỏng 96 6.1.2. Những tồn tại và hạn chế 96 6.2. Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 999 TÓM TẮT TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN ĐỂ TÀI 101 - viii - CÁC KÝ HIỆU A Diện tích mặt cắt ướt của kênh B Chiều rộng mặt thoáng kênh b,c Chiều dày và chiều dài cánh NACA C Hệ số Chezy C f ,C x Lực cản và hệ số lực cản của cánh đối với dòng chảy C y Hệ số lực nâng của cánh C m Hệ số mômen của cánh D Kích thước vật thể có dòng chảy đi qua i Độ dốc đáy kênh K Môđun lưu lượng k Hệ số phụ thuộc vào độ nhám thành kênh g Gia tốc trọng trường trong chất lỏng g = 9,81m/s 2 h Chiều cao mặt thoáng chất lỏng trong kênh nước m Độ cong lớn nhất của cánh (chữ số thứ nhất trong 4 chữ số) n Hệ số nhám thành kênh Re Hệ số Reynolds P Chu vi mặt cắt ướt α Góc thể hiện độ dốc đáy kênh/ đối với cánh là góc tới λ Độ dang tương đối của cánh: 2 l S λ = t Chiều dày tương đối biên dạng cánh b t t max = ∞ V Vận tốc dòng vào r Bán kính vòng tròn cạnh trước cánh 2 1019,1 tr = p Vị trí của độ cong lớn nhất(chữ số thứ hai trong 4 chữ số) R Bán kính thủy lực t Thời gian - ix - u, V Vận tốc phân tố và vận tốc trung bình dòng lưu chất y tb Đường trung bình của cánh δ Bề dày lớp biên ρ Khối lượng riêng của lưu chất. ν Hệ số nhớt động học của lưu chất. µ Hệ số nhớt động lực học của lưu chất p Áp suất của lưu chất tại dòng chảy bên trong lớp biên. - x - PHỤ LỤC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ Bảng 2.1: Thông số chính của mô hình đường hầm nước. 20 Sơ đồ 4.1: Sơ đồ thiết kế - chế tạo mô hình 56 Sơ đồ 4.2: Sơ đồ quy trình thiết kế - chế tạo cánh NACA 66 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp thông số sơ bộ mô hình 80 Bảng 5.1: Ảnh hưởng của hình dạng vật thể đến đặc trưng dòng chảy 80 Bảng 5.2: Ảnh hưởng của góc tới đến đặc trưng dòng chảy 90 Bảng 5.3: Bảng tổng hợp các thông số và tính năng mô hình 93 PHỤ LỤC BẢN VẼ Bảng vẽ 1: Bảng vẽ 2D thể hiện các kích thước của mô hình Kèm luận văn Bảng vẽ 2: Bảng vẽ 3D thể hiện hình dạng của mô hình Kèm luận văn [...]... i và t o khí màu 10 Hình 2.9: th xác nh v n t c dòng ch y 10 Hình 2.10: Hình nh dòng khí qua cánh NACA 2412 11 Hình 2.11: Hình nh dòng khí qua kh i tr tròn .12 Hình 2.12: Mô hình dòng ch t l ng qua cánh 2D 13 Hình 2.13: Thi t b i u ch nh lưu t c 14 Hình 2.14: Mô hình dòng ch y trong kênh h 16 Hình 2.15: Thí nghi m c a mô hình v i cánh 2412 17 Hình. .. C L C HÌNH NH Hình 2.1: Mô hình dòng khói – i h c Bách Khoa TP HCM 6 Hình 2.2: Kích thư c ph n thí nghi m mô hình dòng khí 6 Hình 2.3: Kích thư c t ng th mô hình dòng khí .7 Hình 2.4: Cánh NACA 2412 .8 Hình 2.5: T a cánh NACA 2412 8 Hình 2.6: Kích thư c biên d ng profin cánh NACA 2412 9 Hình 2.7: Các d ng v t c n khác ư c s d ng cho mô hình dòng khí 9 Hình 2.8:... 2.1.2 Mô hình dòng ch t l ng qua cánh (TN2) 2.1.2.1 T ng quan v mô hình - 13 - ây là mô hình mô t tr c quan s chuy n ư c s d ng là cánh NACA ng c a ch t l ng qua cánh, cánh d ng 2D Mô hình ư c ch t o v i kinh phí kho ng 10 tri u VN Trong mô hình này, lưu ch t ư c s d ng là nư c s ch, dòng ch y ư c h n ch b i thành kênh và 2 t m mica t song song có kho ng cách g n sát nhau (kho ng 2cm) Thi t b mô t dòng. .. thông s dòng ch y (áp su t, nhi t , lưu lư ng) 2.2.2.3 Nh n xét mô hình TN4 - Các thí nghi m c a mô hình cho th y kh năng mô t hình nh a d ng và rõ ràng hơn, dòng ch y trong kênh là tương i u Hình 2.22: Th nghi m dòng qua cánh c a mô hình ư ng h m nư c.[3] - 22 - - Có th th nghi m v i nhi u d ng v t c n mang tính ng d ng cao: Hình 2.23: Th nghi m dòng qua xilanh.[3] Hình 2.24: Th nghi m dòng qua mô hình. .. vi c quan xác và v l i h nh nh c a t ng thí nghi m c th [1] -6- Hình 2.1: Mô hình dòng khói – i h c Bách Khoa TP HCM 2.1.1.2 Kích thư c mô hình dòng khí Mô hình có kích thư c ph n thí nghi m:[1] - Chi u dài: L = 25,4cm - Di n tích ti t di n: BxH = 17,8x10,2cm Hình 2.2: Kích thư c ph n thí nghi m mô hình dòng khí.[1] -7- Kích thư c t ng th mô hình: Hình 2.3: Kích thư c t ng th mô hình dòng khí[1] 2.1.1.3... hành th nghi m ki m tra các c trưng dòng ch y t ó rút ra nh ng k t lu n và hi u ch nh mô hình 6 Cu i cùng, chương 6 là ph n nh n xét và xu t ý ki n -5- CHƯƠNG 2 NGHIÊN C U T NG QUAN V MÔ HÌNH DÒNG CH Y QUA CÁNH Trư c khi nghiên c u v mô hình dòng ch y qua cánh c n ph i gi i quy t m t s câu h i như sau: i v i mô hình dòng ch y qua cánh thì trong nư c cũng như th gi i ã th c hi n ư c nh ng gì? H th c... như mô hình dòng khí ã trình bày trên Bình ch a m c i u ch nh lưu lư ng m c V trí t cánh Kim t o màu vào dòng ch y Hình 2.12: Mô hình dòng ch t l ng qua cánh 2D - 14 - i v i mô hình này phương pháp i u lưu t c là s d ng thi t b bơm ch nh lưu có th i u ch nh các m c v n t c dòng ch y khác nhau Thi t b Hình 2.13: Thi t b i u ch nh lưu t c i u ch nh lưu t c 2.1.2.2 Nh n xét v mô hình TN2 Ưu i m: - Mô hình. .. T NG QUAN V CÁC MÔ HÌNH Ã TH C HI N Thông qua quá trình i th c t t i i tài? NƯ C TA i h c Bách Khoa TP HCM nhóm ã tìm hi u m t s mô hình v dòng lưu ch t thu c B môn Cơ lưu ch t – Khoa K thu t giao thông – i h c Bách Khoa TP HCM Sau ây nhóm s gi i thi u m t s mô hình v dòng lưu ch t mà nhóm ã tìm hi u 2.1.1 Mô hình dòng ư ng h m khói (TN1) 2.1.1.1 T ng quan v mô hình ây là mô hình thí nghi m v dòng. .. tài, gi i h n nghiên c u và b tài 2 Chương 2: nghiên c u t ng quan mô hình dòng ch y qua cánh Chương này s tìm hi u v nh ng mô hình thí nghi m trong nư c cũng như nư c ngoài ã th c hi n ư c có liên quan t i mô hình dòng ch y qua cánh 3 Chương 3: cơ s lý thuy t ph c v nghiên c u tài Trình bày t ng quan v ch t l ng và cơ h c ch t l ng; lý thuy t v dòng ch y; các phương trình dòng -4- ch y; trình bày... nghi m c a mô hình v i biên d ng tr tròn 17 Hình 2.17: Mô hình ư ng h m nư c th h 0710 18 Hình 2.18a: C a quan sát t khu v c h lưu 19 Hình 2.18b: Thay i góc t i 19 Hình 2.19: Thi t b thay Hình 2.20: Thi t b i góc t i r t chính xác 19 i u ch nh lưu t c 20 Hình 2.21: T ng th mô hình ư ng h m nư c th h 2436 .21 Hình 2.22: Th nghi m dòng qua cánh c a mô hình ư . mô hình dòng khí 9 Hình 2.8: Thiết bị thổi và tạo khí màu 10 Hình 2.9: Đồ thị xác định vận tốc dòng chảy 10 Hình 2.10: Hình ảnh dòng khí qua cánh NACA 2412 11 Hình 2.11: Hình ảnh dòng khí qua. án thiết kế và chế tạo 56 4.3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KÊNH NƯỚC 57 4.3.1. Thiết kế kênh nước với dòng chảy ổn định đều tầng 57 4.3.1.1. Thiết kế kênh cho khu vực thí nghiệm 57 4.3.1.2. Thiết. tròn 12 Hình 2.12: Mô hình dòng chất lỏng qua cánh 2D 13 Hình 2.13: Thiết bị điều chỉnh lưu tốc 14 Hình 2.14: Mô hình dòng chảy trong kênh hở 16 Hình 2.15: Thí nghiệm của mô hình với cánh 2412.