(Đồ án hcmute) nghiên cứu đặc tính khí động học về quá trình rơi của quả chò bằng phần mềm ansys fluent

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT NHIỆT NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC VỀ Q TRÌNH RƠI CỦA QUẢ CHỊ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN SVTH: PHAN TẤN CHÍ S K L 010553 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2023 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC VỀ Q TRÌNH RƠI CỦA QUẢ CHỊ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Sinh viên thực hiện: Phan Tấn Chí 19147177 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2023 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC VỀ Q TRÌNH RƠI CỦA QUẢ CHÒ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Sinh viên thực hiện: Phan Tấn Chí 19147177 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2023 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên MSSV Email Số điện thoại Phan Tấn Chí 19147177 19147177@student.hcmute.edu.vn 0889276413 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Nhiệt Mã ngành đào tạo: 147 Hệ đào tạo: Chính quy Mã hệ đào tạo: 947-147 Khóa: 2019 Lớp: 191470B Thông tin đề tài Tên đề tài: Nghiên cứu đặc tính khí động học q trình rơi chò phần mềm ANSYS FLUENT Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Nhiệt, Khoa Cơ khí động lực, Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ 15/12/2022 – 18/02/2023 Nhiệm vụ đề tài Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu phương pháp xây dựng mơ hình mơ chị Nhiệm vụ 2: Mơ chuyển động thẳng đứng với hướng gió thổi từ lên tác động vào chò phần mềm ANSYS FLUENT Nhiệm vụ 3: Phân tích lực nâng, lực cản mơ men xoay chị i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Sản phẩm đề tài Bài luận văn tốt nghiệp Cán hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Lời cam đoan sinh viên: Chúng cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Các kết công bố ĐATN trung thực không chép từ tài liệu khác NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Xác nhận Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) (Ký & ghi rõ họ tên) ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Phan Tấn Chí MSSV: 19147177 Tên đề tài: “Nghiên cứu đặc tính khí động học trình rơi chị phần mềm ANSYS FLUENT.” Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Hồng Sơn Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3 Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 02 năm 2023 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Bộ mơn Cơng nghệ Nhiệt – Điện lạnh PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Phan Tấn Chí MSSV: 19147177 Tên đề tài: “Nghiên cứu đặc tính khí động học q trình rơi chò phần mềm ANSYS FLUENT.” Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Họ tên giảng viên phản biện: (Mã GV: 9786) PGS TS Đặng Thành Trung Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hình 3.31: Giao diện thông số outlet Tạo báo cáo lực để vẽ biểu đồ hệ số lực cản, lực nâng, mơ men Hình 3.32: Giao diện Drag Report Definition 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Solving → Reports → Definitions → New → Force Report → Drag Đặt tên Name → Nhập drag Tại hộp thoại Create → Chọn Report Plot Chọn Report File để lưu kết Chọn Wall phần Wall Zones Nhấp OK để đóng Drag Report Definition Hình 3.33: Giao diện Lift Report Definition 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Solving → Reports → Definitions → New → Force Report → Lift Các bước tương tự với Drag Report Definition Hình 3.34: Giao diện Moment Report Definition Solving → Reports → Definitions → New → Force Report → Moment 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Nhập giá trị cho Moment Center Moment Axis hiển thị hộp thoại Moment Report Definition Tính tốn Solution → Initialization → Hybrid Initialization → Bấm Initialize Hình 3.35: Kết Initialize Chạy tính tốn với 2000 vịng lặp Solution → Run Calculation → Number of Iterations → Nhập 2000 Hình 3.36: Kết hội tụ với vòng lặp thứ 1686 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN 3.2.2 Xử lý đánh giá kết Xử lý kết thực cơng cụ có sẵn FLUENT Sau chạy mơ q trình chị rơi khơng khí, ta có số kết phân bố vận tốc áp suất khơng khí sau: Hình 3.37: Kết vận tốc Streamline Vận tốc Streamline biểu diễn đồ họa hiển thị mơ hình dịng chảy xung quanh chị dạng đường nhiều màu sắc Mỗi màu đại diện cho giá trị vận tốc Với giá trị vận tốc khơng khí lên (inlet) 0,02 m/s cho kết Streamline Hình 3.37 Với vật liệu gán cho chị Wood Hình 3.29 hai cánh chị cản dịng khơng khí qua mép cánh chị 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hình 3.38: Sự phân bố trường vận tốc mặt phẳng XY Khi dịng khơng khí chảy bao quanh chị có lực nâng khí động học đồng thời xuất lực cản Vận tốc phía cánh hiển thị màu xanh dương đậm với vận tốc lớn phía cánh phía đầu cánh có vận tốc lớn vị trí khác Hình 3.39: Sự phân bố trường áp suất mặt phẳng XY 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hình 3.39 cho thấy phân bố áp suất bề mặt cánh chò cao bề mặt Khi dịng khơng khí chuyển động bao quanh chị chênh lệch áp suất khơng khí bề mặt cánh chò làm cho chị chuyển động theo gió Hình 3.40: Kết drag-rplot với vịng lặp thứ 1686 Với biểu đồ Cd (Coefficient Drag) hệ số lực cản lực cản chống lại chuyển động chị khơng khí tác động theo hướng lên Lực tỷ lệ thuận với vận tốc, mật độ khơng khí, hình dạng kích thước chị Khi chị rơi xuống vận tốc tăng lên, làm tăng lực cản khơng khí Hình dạng kích thước chị ảnh hưởng đến lực cản khơng khí, chị có kích thước lớn chịu nhiều lực cản khơng khí so với chị nhỏ 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hình 3.41: Kết lift-rplot với vịng lặp thứ 1686 Kết biểu đồ Cl (Coefficient Lift) hệ số lực nâng cho thấy mơ hình chị phụ thuộc vào tham số, đặc biệt hình dạng cánh hệ số lực nâng thể qua Hình 3.41, chị bay lên thắng trọng lực nhờ lực nâng khí động học Để có lực nâng khí động học tiết diện cánh chị phải khơng đối xứng qua trục Các kết trình bày mơ hình chị hồn chỉnh khơng phải phần cánh chị Hình 3.42: Kết moment-rplot với vòng lặp thứ 1686 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hình 3.43: Kết moment phần Results Kết mô men xoay chò bắt nguồn từ lực nâng cánh lực cản khơng khí bề mặt cánh quay làm cho chò xuất mô men xoay Mô men xoay yếu ảnh hưởng đến chuyển động chị rơi xuống Mô men xoay gây bất thường luồng khơng khí, gây biến động khó lường lực cản khơng khí, làm chị quay lộn nhào, việc làm phức tạp thêm chuyển động chò 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Tạo biểu đồ phân bố áp suất lên cánh chị Hình 3.44: Giao diện Solution XY Plot Ở phần Results → Plots → XY Plot Ở khơng khí di chuyển theo phương Y → Tại Plot Direction → Nhập Y Chọn bề mặt chị phần Surfaces Hình 3.45: Kết Pressure Coefficient 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Sau tạo biểu đồ phân bố áp suất lên bề mặt cánh chò cho kết Hình 3.45 trục Position (m) tương tự với trục Y (m) Hình 3.46 để xem giá trị rõ ràng xác hơn, nhóm em tạo biểu đồ phần Result Hình 3.46: Kết biểu đồ áp suất hiển thị phần Results Đường cong khoảng giá trị áp suất 0,0006Pa, cạnh chị xem phần đáy hạt chò với trục Y (m) độ dài chò tương ứng 0,12m Đường cong phía hiển thị cho áp suất bên bề mặt cánh chị đường cong phía hiển thị cho áp suất bên bề mặt cánh chò 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Nghiên cứu khí động học chò (Dipterocarpus retusus) việc sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT cung cấp hiểu biết có giá trị chuyển động chị Các kết mơ hình dạng kích thước cánh chị đóng vai trị quan trọng việc xác định lực nâng, lực cản mô men xoay mà chò phải chịu Bằng cách phân tích hiệu suất khí động học cánh chị Việc sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT chứng minh cơng cụ hiệu để phân tích khí động học thực vật nghiên cứu nhấn mạnh tiềm tính tốn động lực học chất lỏng lĩnh vực khí động học thực vật Nghiên cứu sâu lĩnh vực dẫn đến việc phát triển lĩnh vực kỹ thuật, tiêu biểu công nghệ kỹ thuật Nhiệt, ôtô lượng tái tạo, điều có ý nghĩa quan trọng công nghệ kỹ thuật Việt Nam 4.2 Kiến nghị Với khả phân tích tính tốn ANSYS FLUENT, sinh viên cần học tập tìm hiểu thêm phần mềm để ứng dụng vào nghiên cứu tương lai Do giới hạn thời gian tiếp xúc với phần mềm phương pháp nghiên cứu mới, kiến thức chuyên sâu khí động học khơng nhiều nên cịn thiếu xót, nhóm mong đánh giá, nhận xét đóng góp giảng viên để nghiên cứu hoàn thiện 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] vingarden.vn [2] hbcg.vn [3] Thammarong Eadkong, Pimchanok Pimton, Punsiri Dam, Phongpichit Channuie, Unraveling the vertical motion of Dipterocarpus alatus seed using Tracker, 2020 [4] Celso L Ladera, Pedro A Pineda, The physics of the spectacular flight of the Triplaris samaras, 2009 [5] Yung-Jeh CHU, A new biomimicry marine current turbine: Study of hydrodynamic performance and wake using software OpenFOAM, 2014 [6] Lê Thanh Phú Hồng Hữu Trí, Nghiên cứu thực nghiệm tính chất khí động học chò, 2022 [7] Kirthi Tennakone, Aerodynamics and right-left symmetry in wind dispersal of maple, dipterocarps, conifers and some genera of apocyanaceae and magnoliaceae, 2017 [8] Senan Thabet*, Thabit H Thabit, CFD Simulation of the Air Flow around a Car Model (Ahmed Body), 2018 [9] Chukwugozie Jekwu Ejeh, Gbemisola Precious Akhabue, Evans Annan Boah, Kingsley Kwaah Tandoh, Evaluating the influence of unsteady air density to the aerodynamic performance of a fixed wing aircraft at different angle of attack using computational fluid dynamics, 2019 [10] Yu-shan Meng , Li Yan1, Wei Huang, Xin-yu Tong, Numerical Investigation of the Aerodynamic Characteristics of a Missile, 2020 [11] Raisan F Hamad, Ghassan F Smaisim, Azher M Abed, Numerical studies of the simultaneous development of forced convective laminar flow with heat transfer inside a microtube at a uniform temperature, 2022 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN [12] Muhammad Shehzad Arif, M Javaid Afzal, Javaid, Farah, Tayyaba, Shahzadi, Laminar Flow Analysis of NACA 4412 Airfoil Through ANSYS FLUENT, 2022 [13] vi.wikipedia.org [14] mythuatms.com [15] designs.vn [16] hoaquathanhha.com [17] Introduction to CFD Basics [18] Introductory FLUENT Training 70