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 lực cản Lực nâng lực cản Nội dung Tổng quan dòng chuyển động qua cố thể (external flow) Giới thiệu phương pháp nghiên cứu dòng ngoại lưu Lý thuyết lớp biên Prandtl Phương pháp động lượng tính gần lớp biên Karman Phương pháp thực nghiệm tính lực cản qua số cố thể Lực nâng Tổng quan chuyển động ngoại lưu Dịng chuyển động có ma sát ống: lớp biên hình thành từ thành ống, phát triển dọc theo chiều dài ống, hòa vào thành một, lớp biên chiếm tồn khơng gian ống Đối với dòng chuyển động ống, ảnh hưởng lực ma sát chủ đạo Dòng chuyển động bao quanh cố thể: - Ảnh hưởng lực ma sát (tính nhớt) quan trọng gần bề mặt cổ thể vùng hậu lưu cố thể lý thuyết lớp biên - Ảnh hưởng lực ma sát không đáng kể vùng không gian xa bề mặt cố thể dịng khơng ma sát (inviscid flow) Một số vấn đề thực tiễn 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… Dịng chuyển động qua cố thể Khi cố thể đặt dòng chuyển động đều, lớp biên mỏng hình thành sát bề mặt Do tính nhớt, phân bố vận tốc lớp biên khơng cịn dòng tự i.e biến thiên vận tốc lớp biên lớn Ngồi ra, dịng chuyển động tách khỏi bề mặt cố thể hình thành vết hậu lưu với 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 lực cản phương chuyển động Biên dạng cánh máy bay dòng chuyển động đều lưu chất tác dụng lên cánh lực khí động R phân tích thành hai thành phần lực nâng L (trên phương vng góc với phương vận tốc) lực cản (trên phương vận tốc) Lực cản lực nâng xuất phát từ phân bố áp suất phân bố ứng suất ma sát bề mặt cố thể: lực áp suất vuông góc với bề mặt 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 vng góc dịng chuyển động, cố thể có bề dày (hình trụ, hình cầu, xe hơi…) - Diện tích bình diện (planform area): diện tích nhìn từ xuống, cố thể có kích thước lớn (cánh máy bay ) - Diện tích ướt (wetted area): tàu thuyền Hệ số lực cản cho vài cố thể Vật thể 2D: kích thước chiều thứ ba (chiều vng góc với mặt phẳng tờ giấy) lớn so với hai kích thước cịn lại Vật thể 3D: kích thước chiều thứ ba khơng q lớn so với hai kích thước cịn lại Hệ số lực cản cho vài cố thể Hệ số lực cản cho vài cố thể Hệ số lực cản theo Reynolds cho hình trụ vài cố thể 2D V d Re Hệ số lực cản theo Reynolds cho hình cầu vài cố thể 3D V d Re 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 cố định, CD có gía trị khơng phụ thuộc vào số Reynolds (vd:hình trụ vng, nửa hình trụ…) -Vật thể dạng lưu tuyến: CD giảm chuyển trạng thái từ tầng sang rối, dịch chuyển điểm tách rời lớp biên, thu hẹp phần hậu lưu sau cố thể (vd: hình êlip )