Báo cáo Đồ án thí nghiệm hàng không 1 tên Đề tài mô phỏng dòng qua biên dạng cánh

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài Nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô phỏng số đánh giá ứng xử của công trình nhà máy điện hạt nhân chịu tác động động

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

THÍ NGHIỆM HÀNG KHÔNG 1

TÊN ĐỀ TÀI:

MÔ PHỎNG DÒNG QUA BIÊN DẠNG CÁNH

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS LƯU VĂN THUẦN SINH VIÊN: MAI ĐỨC BÌNH –

HỒ HUY KHANG BÙI THỊ KIM PHỤNG

Thành phố Hồ Chí Minh – 1/2024

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

THÍ NGHIỆM HÀNG KHÔNG 1

TÊN ĐỀ TÀI:

MÔ PHỎNG DÒNG QUA BIÊN DẠNG CÁNH

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS LƯU VĂN THUẦN SINH VIÊN: MAI ĐỨC BÌNH –

HỒ HUY KHANG BÙI THỊ KIM PHỤNG

Thành phố Hồ Chí Minh – 1/2024

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan báo cáo chuyên đề này là công trình nghiên cứu củabản thân, được đúc kết từ quá trình học tập và nghiên cứu thực tiễn trongthời gian qua Các thông tin và số liệu được sử dụng báo cáo chuyên đềnày là hoàn toàn trung thực

Thành phố Hồ Chí Minh năm 20…

Người cam đoan

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tiêu chí Điểm số Điểm chữ Trình bày Nội dung Phản biện Tổng điểm TpHCM, ngày … tháng …… năm ……

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Lý do chọn đề tài

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.5 Kết cấu của đề tài

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.2 Các khái niệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu

2.3 Các phần mềm/ công cụ hỗ trợ sử dụng trong đề tài

Giới thiệu CFD

Giới thiệu DOFI

CHƯƠNG 3 – MÔ PHỎNG 1

3.1 Giới thiệu vấn đề

3.2 Kiểm tra biên dạng cánh

3.3 Thiết lập và chạy mô phỏng

3.4 Trình bày kết quả về cấu trúc dòng qua biên dạng cánh

3.5 Kiểm chứng kết quả Cl, Cd theo góc tấn

3.6 Đánh giá quá trình

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG 2

4.1 Giới thiệu vấn đề

4.2 Thiết lập và chạy mô phỏng

4.3 Trình bày các kết quả

4.4 Đánh giá quá trình

PHỤ LỤC Hình 1: DOFI NACA 006 11

Hình 2: NACA 006 Airfoil Tools 11

Hình 3: Biên dạng cánh naca và biên dạng cánh tương ứng trên web tra cứu Airfoil Tools 11

Hình 4: Góc âm 9.5 độ theo U 15

Hình 5: Góc âm 9.5 độ theo T 15

Hình 6: Góc 0 độ theo U 15

Hình 7: Góc 0 độ theo T 16

Hình 8: Góc 3 độ theo T 16

Hình 9: Góc 3 độ theo U 16

Hình 10: Góc 8 độ theo U 17

Hình 11: Góc 8 độ theo T 17

Bảng 3.1: Kết quả chạy 13

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong kỹ thuật hàng không, cánh máy bay rất quan trọng cấu hình cánhcủa máy bay cánh cố định là sự sắp xếp cấu trúc cánh nâng và các bề mặt cánh có liên quan khác của nó Thiết kế của một chiếc máy bay được phân biệt nhờ cấu hình của cánh máy bay..

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Hiểu được dòng chảy, áp suất, hệ số lực nâng, hệ số lực cản, qua biên

dạng cánh được thể hiện như nào Kiểm nghiệm lại lý thuyết về khí động học cho cánh bằng phương pháp mô phỏng trên phần mềm Paraview Tổng kết được mô hình cánh ứng dụng trong thực tế

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Máy bay dân dụng

Phạm vi nghiên cứu trong điều kiện nhiệt độ T= 293K, số Reynold Re=200.000 ; độ nhớt động học

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Mô phỏng bằng phần mềm DOFI 2.2.0334 (PREMIUM VERSION) sau đó xuất ra Paraview và dùng phần mềm Excel để so sánh kết quả nhóm chạy được với web tra cứu AirfoilTools

Vì DOFI ko chỉnh góc được nên ta phải chỉnh dòng theo Vx=v.cos

alpha, Vy=V.sin alpha.

1.5 Kết cấu của đề tài

Đề tài gồm 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Mô phỏng 1

- Kiểm tra biên dạng cánh naca 0006, thiết lập chạy mô phỏng

- Trình bày kết quả về cấu trúc; kiểm chứng kết quả Cl, Cd theo góc tấn.Chương 4: Mô phỏng 2

- Thiết lập và chạy mô phỏng cánh quạt.

- Trình bày kết quả

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp mô phỏng số đánh giá ứng xử của công trình nhà máy điện hạt nhân chịu tác động động đất

Nghiên cứu mô phỏng số quá trình hóa rắn và nóng chảy của vật liệu chuyển pha

Mô phỏng số sự hòa trộn các loại lưu chất khác nhau trong máy khuấy

2.2 Các khái niệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu

Công thức tính lực nâng, lực cản, vận tốc, các kiến thức cơ bản về khí động học

2.3 Các phần mềm/ công cụ hỗ trợ sử dụng trong đề tài

Phần mềm hỗ trợ như DOFI 2.2.0334 , Paraview, Excel và công cụ web tra cứu AirfoilTools

Giới thiệu CFD (Computational Fluid Dynamics)

Mô phỏng CFD (còn được gọi là Mô phỏng động lực học dòng chảy) là một nhánh của lĩnh vực cơ học lưu chất (fluid mechanics) mà sử dụng phươngpháp số (numerical analysis) để giải quyết (mô tả, phân tích, và phỏng đoán)

các bài toán liên quan đến sự chuyển động của lưu chất (khí, lỏng) Các phương trình mô tả chuyển động này thông thường thì rất khó để có thể giải bằng tay nên chúng thường được giải trên máy tính Kết quả mô phỏng thu được giúp ta hiểu sâu về bản chất của dòng chảy và các tác động của nó tới quá trình khảo sát.[1]

Để thực hiện các mô phỏng CFD thì chúng ta có thể sử dụng các phần mềm

(open-source code) như OpenFOAM.[1]

- Một số ứng dụng thực tiễn:[1]

+ Công nghiệp hàng không và vũ trụ:

Đây là một trong những ngành công nghiệp đầu tiên ứng dụng mô phỏng CFD Một trong những ứng dụng nổi bật đó là dùng mô phỏng để tối ưu biên dạng cánh nâng (airfoil)

+ Công nghiệp sản xuất ô tô:

Từ việc mô phỏng phản ứng đốt cháy trong động cơ đến mô phỏng lực cản tại

vỏ xe, CFD đóng góp một phần rất lớn trong nghiên cứu và phát triển của các hãng xe nổi tiếng như: Mercedes, Tesla, hay BMW

+ Công nghiệp xây dựng:

Mô phỏng đánh giá các chỉ số tiện nghi trong và ngoài tòa nhà Mô phỏng và tối ưu hóa hệ thống sưởi ấm (heating), thông gió (ventilation), và điều hòa không khí (air conditioning) – HVAC, và hệ thống làm lạnh

+ Hệ thống công nghiệp hóa chất và dầu khí:

Mô phỏng thiết bị phản ứng (khuấy trộn CSTR, tầng sôi, cột sủi bọt – bubble column, v.v), tháp chưng cất, tháp hấp thụ, hệ thống ống nối, hay hệ thống nồihơi tận dụng nhiệt

Giới thiệu DOFI 2.2.0334

Giao diện DFM OpenFOAM hay DOFI là phần mềm được phát triển bởi DFM-Europe, kết hợp sức mạnh tính toán và tính linh hoạt cao của hộp công

cụ động lực học chất lỏng tính toán (CFD) nguồn mở OpenFOAM và giao diện tiên tiến được thiết kế để xử lý mô phỏng một cách dễ dàng Nó dành cho các chuyên gia chuyên về CFD trong lĩnh vực cơ khí và nghiên cứu sử dụng OpenFOAM cho công việc hàng ngày cũng như những người dùng lần đầu coi khái niệm về giao diện hoạt động trên cơ sở mã nguồn là tài sản vô giá Nhờ có nhiều bộ giải được triển khai rộng rãi, DOFI hiện có khả năng giải quyết nhiều vấn đề trong CFD và các lĩnh vực liên quan như dòng không nén được, dòng nén được, dòng có vùng xoáy, truyền nhiệt và dòng đa pha Các ứng dụng công nghiệp điển hình có thể được tìm thấy trong ô tô (dòng chảy qua ô tô đua), năng lượng gió và kỹ thuật gió (dòng chảy qua tuabin gió), v.v Giống như bất kỳ phần mềm mô phỏng nào, DOFI đi kèm với công

cụ chia lưới tích hợp DMesh, kế thừa khả năng chia lưới của OpenFOAM thông qua việc sử dụng các lưới lục giác có cấu trúc Được trang bị DMesh, việc chia lưới các hình học CAD phức tạp với các lớp ranh giới giờ đây không còn khó khăn như trước nữa Các mắt lưới được tạo ra có tiêu chuẩn chất lượng cao và hầu như không có lỗi hoặc khiếm khuyết nào được phát hiện Ngày nay, sự phát triển không ngừng của phần cứng máy tính và việc sửdụng các kỹ thuật lập trình song song cung cấp cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu khả năng không giới hạn trong việc mô phỏng các vấn đề phức tạp với độchính xác cao và giảm đáng kể thời gian tính toán Nắm bắt được nhu cầu ngày càng tăng này, cùng với khả năng nổi tiếng trong việc thực hiện các mô phỏng song song của OpenFOAM, DOFI được trang bị đầy đủ các chức năng

và tiện ích nhằm giúp việc tính toán song song trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.[3]

CHƯƠNG 3 – MÔ PHỎNG 1

3.1 Giới thiệu vấn đề

Cánh là bộ phận chính tạo lực nâng của máy bay Lực khí động sẽ đượctính nhờ mô phỏng đã được chia lưới trong Qua việc xây dựng mô hình và chia lưới các trường hợp tính toán Từ đó ta sẽ tính được hiệu

suất khí động của profil cánh

3.2 Kiểm tra biên dạng cánh

Khi đưa file demo vào phần mềm dofi cho chạy và xuất qua paraview Sau đó, nhóm sẽ xuất được 1 file dữ liệu số các điểm của biên dạng cánh Từ các điểm đó chuyển qua phần mềm Excel nhóm vẽ được biểu

đồ biên dạng cánh naca và so sánh với biên dạng cánh tương ứng trên web tra cứu Airfoil Tools

Hình 1: DOFI NACA 006

Hình 2: NACA 006 Airfoil Tools

3.3 Thiết lập và chạy mô phỏng

Profil có thông số: Naca 0006 , c=0.1m

Không gian tính toán: v = 29,21m/s (tương ứng với số Re=200 000)

Số vòng lặp trên 5000 lần

3.4 Trình bày kết quả về cấu trúc dòng qua biên dạng cánh

Trong nghiên cứu nhóm mô phỏng luồng không khí xung quanh cánh máy bay NACA 0006 ở một phạm vi góc tấn [-9,5°; 8°] Sự thay đổi của hệ số lực nâng (Cl), hệ số lực cản (Cd) và phần trăm sai số theo góc tấn tại các giá trị khác nhau

Tỷ lệ hệ số lực nâng và hệ số lực cản (Cl / Cd) cho ra các góc tấn khác nhau

đã được thực hiện Bảng 3.1 minh họa việc tính toán hệ số lực nâng trên lực cản để mô phỏng số dự đoán và dữ liệu đo được của NACA ở các góc tấn khác nhau [5]

Từ kết quả chạy có thể thấy rõ rằng hệ số nâng Cl tăng và hệ số lực cản Cd cũng tăng lên đáng kể Khi lực nâng Fl đủ lớn để lực kéo Fd có thể nói rằng thiết kế của cánh máy bay có hiệu quả Ngoài ra, các giá trị Cl/Cd được đề cập trong Bảng 3.1 cho thấy giá trị tối ưu cho NACA 0006 nằm ở góc tấn công 4 ° [5]

So sánh các giá trị mô phỏng số của hệ số lực nâng so với các giá trị thử nghiệm cho thấy sự khác biệt là 4,38%, trong khi sai số 0,37% khi so sánh kếtquả của lực cản Trong đó hệ lực nâng bên kết quả và bên tham chiếu có sự chênh lệch lớn

Bảng 3.1: Kết quả chạy

Dưới đây là hình nhóm xuất ra paraview theo vận tốc (U) và theo nhệt độ (T)

- góc 0 độ

Hình 6: Góc 0 độ theo U

Hình 11: Góc 8 độ theo T

3.5 Kiểm chứng kết quả Cl, Cd theo góc tấn.

Sau khi chạy, nhóm xuất ra kết quả cho thấy sự tương đối giữa dữ liệu số và

dữ liệu thực nghiệm, NACA 0006 là một hình dạng hiệu quả ở một phạm vi góc tấn [-9,5 °; 8°]

Hệ số lực nâng Cl và góc alpha có sự khác biệt với nhau giữa thực nghiệm và

mô phỏng do khi xuất ra kết quả dữ liệu số của hệ số lực nâng khác nhiều so với dữ liệu thực nghiệm nên dẫn đến biểu đồ khác nhau

Từ hình trên giữa dữ liệu số và dữ liệu thực nghiệm có sự khác biệt rõ rệt hệ

số lực cản của kết quả chạy có sự tương thích với thực nghiệm và hệ số lực nâng của kết quả khác biệt so với thực nghiệm quá lớn nên dẫn đến sự khác biệt khi đưa lên excel để vẽ biểu đồ

Tuy trong quá trình chạy dữ liệu số có sự sai số lớn đối với dữ thực nghiệm nhưng khi đưa góc tấn vào thì xuất ra excel để vẽ biểu đồ nó có sự tương thích đáng kể giữa 2 biểu đồ trông hinhg bên dưới

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG 2

4.1 Giới thiệu vấn đề

4.2 Thiết lập và chạy mô phỏng

4.3 Trình bày các kết quả

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH

Rút ra được kết quả cần thiết để mô tả ảnh hưởng của môi trường đối với lực

khí động của cánh

Tài liệu tham khảo

https://cfdways.com/vi/tong-quan-ve-mo-phong-cfd-va-cac-ung-dung/

[2] Link giới thiệu về phần mềm dofi (môn thí nghiệm KTHK1)

https://dofilink.com/

[3] Tài liệu khí động học thầy Nam

[4] Web tra cứu AirfoilTools:  http://airfoiltools.com/airfoil

0006 using a CFD approach (7/2021)

https://www.researchgate.net/publication/

353397497_Aerodynamic_Analysis_of_Wind_Turbine_Blade_of_NACA_0006_Using_a_CFD_Approach