THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT HÀNG KHƠNG (thực PTN Kỹ thuật Hàng khơng) Bài thí nghiệm Quan sát đường dịng qua cố thể Nhóm 4: Nguyễn Hà Minh Hoàng Huỳnh Minh Triết Phạm Tuấn Anh Nguyễn Minh Dũng Lớp: GT11HK G1101239 G1103762 G1100133 G1100629 Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Thị Hồng Hiếu Ngày Nộp: 21/5/2014 Mục đích u cầu thí nghiệm Khảo sát định tính tượng dòng lưu chất bao quanh cố thể Lưu chất sử dụng thí nghiệm khói (do đốt nóng dầu), cố thể gồm có: trụ, cầu, tròn, profil cánh mỏng, profil cánh NACA có flap Bài thí nghiệm giúp sinh viên có nhìn định tính, từ kết hợp với kiến thức trang bị từ môn Khí Động Lực Học để giải thích sâu vấn đề liên quan đến lớp biên, tách rời lớp biên, hình thành xoáy tách rời lớp biên… Mơ tả thí nghiệm Hầm khói mơ tả hình Quạt điện thay đổi vận tốc đặt phía để hút khơng khí qua test section có kích thước 102x178x254 mm Hình Hầm khói Hình Bộ phận tạo khói a.Cấu tạo hầm khói từ xuống -Fan Motor : quạt điện thay đổi vận tốc ,được đặt dùng để hút khơng khí qua test section -Test section: nơi đặt cố thể ,có dạng hình hộp, có mặt bao nhựa suốt để ta quan sát đường dịng qua cố thể Light : nguồn sáng gồm bóng đèn cung cấp ánh sáng cho test section -Black Rubber Hose: ống nhựa màu đen,dùng để dẫn dầu,sau có khói sinh vào strut nằm trước vùng dịng khí vào test section -Black Rubber Squeeze Bulb & Strut: tay cầm màu đen dùng để điều chỉnh hướng dịng khí qua test section -Light : công tắt đèn -Fan: công tắc khởi động quạt -Fan speed: dùng để điều chỉnh tốc độ -Smoke Gen:công tắc khởi động chế độ tạo khối b.Cách tạo thay đổi vận tốc dòng lưu chất -Khi ta tăng tốc độ quạt lưu lượng khơng khí qua test section tăng vận tốc khói tăng ( diện tích mặt cắt ngang khơng đổi) Q=VA - Để có trường vận tốc qua phần test section lưu lượng dịng khí ,tiết diện vùng khảo sát phải đều,tốc độ quay cánh quạt phải ổn định ,vùng khảo sát phải kín để tránh gió bên ngồi làm ảnh hưởng đến đường dòng khảo sát - Trong thí nghiệm trường vận tốc qua test section hầm khối chưa Nếu thiết kế lại theo nhóm em nên mở rộng test section để tăng tiết diện vùng khảo sát, làm kín test section thường xuyên kiểm tra, vệ sinh để tránh tưởng gỉ sét c.Những ảnh hưởng khác liên quan đến cấu tạo hầm khói Cịn vài chỗ hở hầm khói gây nhiễu khói -Khơng điều chỉnh xác góc tới cánh NACA 2412 với bước thay đổi 3o -Thay đổi màu sắc ánh sang đèn để quan sát tượng rõ -Khó điều chỉnh cố thể cho dịng khói qua tâm cố thể Hình Biểu thị mối quan hệ vận tốc dịng khí test section phần tram Volt motor quạt 3.Tiến hành thí nghiệm Các cố thể sử dụng để tiến hành thí nghiệm mơ tả hình 4 Hình Các cố thể làm thí nghiệm Các bước tiến hành thí nghiệm: Cắm dây điện nguồn thiết bị thí nghiệm Kiểm tra lượng dầu ống hình chữ U Bật công tắc nguồn điều chỉnh quạt tốc độ trung bình 40 Chuẩn bị camera để chụp hình quan sát dịng khí (Camera phải để cố định để tiện theo dõi) Đợi cho thấy có khói qua “test section” chuẩn bị bước Tiến hành thí nghiệm với cố thể khác với vận tốc khác quạt (40, 60, 80, 100) a Hình trụ b Tấm phẳng hình chữ nhật c Hình cầu: tiến hành để vị trí đỡ vị trí khác nhau: 0, 90, 180 d Airfoil NACA 2412: Thay đổi góc tới từ -15 đến 15 độ, với bước thay đổi độ 4.Báo cáo thí nghiệm 4.1 Cấu tạo hầm khói a Mơ tả cấu tạo Hầm Khói, nêu rõ chức phận, sơ đồ khối quan hệ phận Hầm khói có cấu tạo tương tư ống khí động, có thiết bị để tạo khói trước phần Test Section Gồm phận sau: - Fan Motor: motor quạt hút khói, đặt đầu hầm khói để hút khói Tốc độ fan motor thay đổi làm tốc độ dịng khói thay đổi Đường kính Fan 127mm - Test Section: phần tiết diện hầm khói dùng để quan sát cố thể nhờ có nắp suốt kính kích thước Test Section 102x178x254mm - Lights: hệ thống gồm bóng đèn, nhằm mục đích chiếu sáng cho Test Section để quan sát đường dịng khói qua cố thể Lights lắp bên Test Section có khe hở để thoát nhiệt - Black Rubber Hose: dây dẫn dầu Dầu nung nóng tạo khói dẫn dây để đưa vào Test Section - Black Rubber Squeeze Bulb & Strut: tay cầm dùng để điều chỉnh phương hướng dịng khói theo phương ngang - Light: công tắc đèn - Fan: công tắc khởi động quạt - Fan Speed: dùng điều chỉnh tốc độ Fan Motor (Fan Speed điều chỉnh sau bật công tắc Fan ) - Smoke Gen: công tắc khởi động chế độ tạo khói (khi bật cơng tắc dầu bắt đầu đốt tạo khói) b Nói rõ cách tạo thay đổi trường vận tốc dòng lưu chất qua vùng Test Section Hầm Khói Làm để có trường vận tốc dòng qua vùng Theo anh/chị, trường vận tốc dòng qua Test Section Hầm Khói có khơng? Nếu thiết kế lại anh/chị hiệu chỉnh so với cấu tạo nó? Để thay đổi trường vận tốc Test Section, ta thay đổi vận tốc quạt Cụ thể sau: - Khi vận tốc quạt tăng, lưu lượng khơng khí qua quạt tăng Theo ngun tắc bảo tồn lưu lượng với diện tích mặt cắt ngang Test Section lưu lượng tăng dẫn đến vận tốc Test Section tăng theo Ngược lại vận tốc quạt giảm - Ở trước sau Test Section có đặt lưới tổ ong để làm dòng đều, hướng trục Tạo profile vận tốc qua Test Section không bị ảnh hưởng xốy tạo quạt phía Các dịng khói gần thành hầm khói Test Section khơng đều, bị xốy trước đến cố thể Vì chất lượng dịng Test Section không tốt gia tăng bề dày lớp biên c Theo anh/chị, ảnh hưởng khác liên quan đến cấu tạo Hầm Khói kết quan sát làm thí nghiệm (nếu có) gì? - Tấm kính chắn để quan sát bị xước mờ gây khó khăn việc chụp ảnh, quan sát - Dịng khói khơng gần thành vùng Test Section - Khơng đo xác kích thước hình học cố thể làm thí nghiệm - Khơng đo góc gập flap, góc tới cánh - Đặt cố thể không tâm Test Section 4.2 Kết thí nghiệm a Tính số Re cho trường hợp làm thí nghiệm Trong đó: μ: hệ số nhớt động lực học (kg/ms) T: nhiệt độ phịng thí nghiệm (T=31oC=304K) Do đó: (kg/ms) Cơng thức tính số Re: Trong đó: μ: hệ số nhớt động lực học (kg/ms) ρ: khối lượng riêng khơng khí (1.575 kg/m3) V: vận tốc khơng khí (m/s) D: kích thước đặc trưng cố thể (m) Hình cầu 0.04m Hình trụ 0.045m Cánh khơng flap 0.068m Cánh có flap 0.097m Số Re cố thể trường hợp: %Volt V (m/s) Hình cầu Hình trụ 40 1.25 3111.56 3500.5 Cánh khơng flap 5289.65 Cánh có flap 7545.53 60 80 100 2.55 3.5 4.4 6347.58 8712.37 10952.69 7141.53 9801.41 12321.77 b.Quan sát hình chụp giải thích hình dạng đường dịng • • Khối trụ 10790.89 14811.02 18619.57 15392.88 21127.49 26560.27 (a) 40% (b) 60% (c) 80% (d) 100% Hình 5: đường dịng qua cố thể hình trụ chế độ làm việc khác quạt Nhận xét: Tại vận tốc 40%, ta thấy khói chế độ rối khơng khí chưa kịp di chuyển đến cố thể bị tách rời từ sớm Từ vận tốc 60% đến 100% Volt, ta quan sát đường dòng bao quanh cố thể vết hậu lưu rõ Khi ta tăng vận tốc dịng khói, tượng tách rời lớp biên diễn sớm hơn, đường dịng bao quanh cố thể xốy phía sau cố thể phía xa dài • Hình cầu (a) 40% (b) 60% (c) 80 % (d) 100% Hình 6: đường dịng qua cố thể hình trụ chế độ làm việc khác quạt Nhận xét: Tại vận tốc 40%, ta thấy khói chế độ rối khơng khí chưa kịp di chuyển đến cố thể bị tách rời từ sớm Từ vận tốc 60% đến 100% Volt, ta quan sát đường dòng bao quanh cố thể vết hậu lưu rõ Khi ta tăng vận tốc dịng khói, tượng tách rời lớp biên diễn sớm hơn, đường dòng bao quanh cố thể xốy phía sau cố thể phía xa dài • Đĩa tròn: Nhận xét: Với đĩa tròn vận tốc 40% đường dịng mờ, tăng đến 60% thấy vùng mở rộng phía mặt đĩa tách rời lớp biên mép đĩa tròn Khi vận tốc 80 100% Volt , vùng mở rộng lớn xoáy mặt đĩa dài thêm • Cánh gỗ trắng: Nhận xét: Ở vận tốc 40% , dòng rối mép trước cánh Khi ta tăng dần vận tốc, đường dòng ôm lấy bề mặt cánh phía trước Hai bên mép cánh có đường dịng ơm sát theo biên dạng cánh, vết hậu lưu dài ta tăng dần vận tốc dịng khói • Cánh có flap, góc tới Nhận xét: Ở vận tốc 40% Volt, dòng rối mép trước cánh Khi ta tăng dần vận tốc, tượng tách rời lớp biên xuất mặt mặt cánh tăng vận tốc, dịng khói tách xa khỏi mép cánh, uốn cong theo hai mặt cánh, mặt cánh • Cánh có flap, góc tới dương Nhận xét: 10 Hiện tượng tách rời lớp biên xảy rõ ràng hơn, tách rời lớp biên mặt xảy sớm trường hợp góc tới Ở mặt điểm tách rời lớp biên dời phía sau so trường hợp góc tới Phía sau flap xuất xốy • Cánh có flap, góc tới âm Nhận xét: Hiện tượng tách rời lớp biên xảy sớm mặt cánh, mặt đường dòng chạy dọc uốn cong theo bề mặt cánh Càng gần flap dịng khói thu hẹp sắc nét 11 12