Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số động học và hình học đến phương pháp làm mát trong động cơ máy bay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - DƯƠNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC VÀ HÌNH HỌC ĐẾN PHƯƠNG PHÁP LÀM MÁT TRONG ĐỘNG CƠ MÁY BAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN PHÚ HÙNG Hà Nội - Năm 2011 Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số động học hình học đến phương pháp làm mát động máy bay” hoàn chỉnh thời gian quy định đạt kết đặt Đồng thời, giúp nâng cao khả tự nghiên cứu thân trình ứng dụng thành tựu khoa học vào việc phát triển công nghệ cho đất nước Tôi chân thành cám ơn TS Nguyễn Phú Hùng, người hướng dẫn trực tiếp cho hoàn thành luận văn Những lời khuyên, hướng dẫn bổ ích thầy mở hướng nghiên cứu giúp tiếp cận tốt với đề tài này Tôi xin cảm ơn giảng viên Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Máy Thiết bị thủy khí, trường ĐHBK Hà Nội tạo điều kiện tra cứu tài liệu, hướng dẫn cho hoàn thành tốt đề tài luận văn Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2011 Học viên Dương Tuấn Anh i Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số động học hình học đến phương pháp làm mát động máy bay” em tự thực hướng dẫn thầy TS Nguyễn Phú Hùng Để hoàn thành đồ án dùng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo mà không dùng tài liệu khác Không có chép, gian lận kết công trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2011 Học viên Dương Tuấn Anh ii Mục lục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỈ SỐ ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ & ĐỒ THỊ x LỜI NÓI ĐẦU xiv CHƯƠNG I: CÁC CÔNG NGHỆ LÀM MÁT THÀNH BUỒNG CHÁY VÀ LÁ TUABIN KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ MÁY BAY I Các công nghệ làm mát tuabin khí II Giới thiệu công nghệ làm mát nhiều lỗ III Ảnh hưởng thông số tới hiệu làm mát 3.1 Dạng hình học lỗ làm mát: .4 3.2 Ảnh hưởng tỉ số phun 3.3 Sự xếp hàng lỗ .6 3.4 Hình dạng mép vào lỗ .7 3.5 Ảnh hưởng rối dòng tự 3.6 Ảnh hưởng hệ số tổn thất hình dạng lỗ CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 12 VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 12 I Giới thiệu mô hình nghiên cứu .12 1.1 Xây dựng mô hình 12 1.2 Lựa chọn miền nghiên cứu 13 1.3 Mô hình toán: 15 1.3.1 Các thông số hình học: 15 iii Mục lục 1.3.2 Các thông số nhiệt động học: 16 II Lưới điều kiện giới hạn 16 2.1 Các điều kiện giới hạn 16 2.2 Lưới 17 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng lưới 19 III Lựa chọn model tính toán Fluent .20 IV Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng 21 4.1 Các biến nghiên cứu 21 4.2 Các yếu tố ảnh hưởng 22 4.2.1 Ảnh hưởng yếu tố hình học 22 a Ảnh hưởng khoảng cách lỗ P* 22 b ảnh hưởng chiều dày E* 23 c Ảnh hưởng chiều dày lớp ceramic (E2/E) 23 4.2.2 Ảnh hưởng thông số nhiệt động học 24 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐỘNG HỌC ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM MÁT 26 I Các thông số đầu vào 26 1.1 Các thông số hình học .26 1.2 Các thông số nhiệt động học 26 II Phần kết tính toán số .26 2.1 Ảnh hưởng thông số góc nghiêng 26 2.1.1 Kết tính toán số với góc nghiêng 350: 27 a Trường phân bố vận tốc: 27 b Trường phân bố nhiệt độ: 28 c Tính toán ảnh hưởng khoảng cách đến hiệu làm mát 29 * Tại vị trí x =1d 29 iv Mục lục * Tại vị trí x = 3d 31 * Tại vị trí x = 20d .32 d Xây dựng biểu thức đại số đặc trưng 33 * Biểu thức đại số hiệu suất max theo khoảng cách 33 * Xây dựng biểu thức đại số vận tốc max theo khoảng cách 34 * Xây dựng biểu thức đại số lớp màng ngăn cách dòng nóng dòng làm mát theo khoảng cách 35 2.1.2 Kết tính toán số với góc nghiêng 450 600 35 a Trường phân bố vận tốc: 35 b Trường phân bố nhiệt độ: 36 c Tính toán ảnh hưởng khoảng cách đến hiệu làm mát 37 d Xây dựng hàm tính toán .38 * Hàm hiệu suất max theo khoảng cách 38 * Xây dựng hàm vận tốc max theo khoảng cách 39 * Xây dựng biểu thức đại số lớp màng ngăn cách dòng nóng dòng làm mát theo khoảng cách 40 2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng tới hiệu làm mát .40 a Xét vị trí 1d 41 b Xét vị trí 3d 41 c Tại khoảng cách 10d: .42 2.2 Ảnh hưởng số hàng lỗ .43 2.2.1 Với hai hàng lỗ 43 a Trường phân bố vận tốc 43 b Trường phân bố nhiệt độ 43 c Ảnh hưởng khoảng cách đến hiệu làm mát .44 2.2.2 Với ba hàng lỗ .48 v Mục lục a Tính toán ảnh hưởng hiệu suất làm mát theo khoảng cách 48 b Nghiên cứu ảnh hưởng số hàng lỗ tới hiệu làm mát .49 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ số phun M đến hiệu làm mát 53 a.Tại vị trí x =1d 53 b Tại vị trí x = 3d 54 c Tại vị trí x = 5d 55 d So sánh ảnh hưởng tỉ số phun đến hiệu suất: 55 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐỘNG HỌC ĐẾN ỨNG XỬ NHIỆT TRÊN TẤM PHẲNG 57 I Biểu diễn kết 57 1.1 Kết dạng giá trị quan sát 57 1.2 Kết dạng hình ảnh phân bố nhiệt độ bề mặt .57 II Kết 58 2.1 Ảnh hưởng thông số hình học 58 2.1.1 Ảnh hưởng chiều dày tương đối lớp ceramic (E2/E) 59 a Ảnh hưởng đến ứng xử nhiệt lớp ceramic 62 b Ảnh hưởng đến ứng xử nhiệt lớp thép .64 2.1.2 Ảnh hưởng chiều dày không thứ nguyên E* 65 a Ảnh hưởng đến ứng xử nhiệt lớp ceramic 68 b Ảnh hưởng đến ứng xử nhiệt lớp thép .69 2.1.3 Ảnh hưởng khoảng cách lỗ P* .70 a Ảnh hưởng khoảng cách P* đến ứng xử nhiệt lớp ceramic .73 b Ảnh hưởng khoảng cách P* đến ứng xử nhiệt lớp thép 74 2.2 Ảnh hưởng yếu tố nhiệt động học 75 2.2.1 Ảnh hưởng độ dẫn nhiệt λ* 76 a Ảnh hưởng độ dẫn nhiệt tương đối lớp ceramic 77 vi Mục lục b Ảnh hưởng độ dẫn nhiệt ứng xử nhiệt lớp thép 79 2.2.2 Ảnh hưởng hệ số Reynold 80 a Ảnh hưởng hệ số Reynold đến ứng xử nhiệt lớp ceramic .82 b Ảnh hưởng đến ứng xử nhiệt lớp thép 83 2.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tương đối Ttđ 84 a Ảnh hưởng nhiệt độ đến ứng xử nhiệt lớp ceramic 85 2.2.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến ứng xử nhiệt lớp thép 86 III Tổng hợp kết 87 3.1 Mặt cắt ceramic 88 3.2 Mặt cắt thép 90 3.3 Đánh giá kết 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO i PHỤ LỤC ii Phụ lục A: ii Mô hình k - ε : Standard ii Mô hình k – ε RNG iii Mô hình k – ε Realizable v Phụ lục B: Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng đến hiệu làm mát vi Góc 350 vi Góc 450 x Góc 600 xii So sánh biến đổi hiệu suất theo khoảng cách: xiii Phụ lục C: Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số phun đến hiệu làm mát xv Đồ thị biến đổi hiệu suất theo khoảng cách với M = 0.5 .xv Đồ thị biến đổi hiệu suất theo khoảng cách với M = xviii vii Mục lục Đồ thị biến đổi hiệu suất theo khoảng cách với M = 1.5 xix So sánh ảnh hưởng tỉ số phun đến hiệu suất: xxi Phụ lục D: xxiv Hai hàng lỗ xxiv Ba hàng lỗ .xxv So sánh biến đổi hiệu suất theo khoảng cách trường hợp hàng lỗ, hai hàng lỗ ba hàng lỗ: xxvii viii Danh mục ký hiệu & số DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỈ SỐ Kí hiệu: d : Đường kính lỗ làm mát (m) D : đường kính lớn lỗ làm mát sau nghiêng góc α (m) P : khoảng cách hai lỗ hàng (m) S : khoảng cách hai hàng lỗ (m) L : chiều dài lỗ (m) V : vận tốc (m/s) T : nhiệt độ (K) M : tỉ số phun ( M = ρ c × Vc ) ρ ms × Vms Re : số Reynolds lỗ ρ : trọng lượng riêng khí (Kg/m3) ν : độ nhớt động học α : góc nghiêng lỗ Chỉ số c : dòng phun qua lỗ ms: dòng khí ix Phụ lục • Tại mặt cắt 2d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=2 goc 35 goc 45 goc 60 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 3d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=3 goc 35 goc 45 goc 60 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 4d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=4 goc 35 goc 45 goc 60 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xiv 0.8 Phụ lục • Tại mặt cắt 5d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=5 goc 35 goc 45 goc 60 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 Phụ lục C: Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số phun đến hiệu làm mát Đồ thị biến đổi hiệu suất theo khoảng cách với M = 0.5 • Tại mặt cắt 1d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=1 m=0.5 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat • Tại mặt cắt 2d: xv 0.8 Phụ lục 10 Hieusuat tai vi tri x/d=2 m=0.5 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 3d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=3 m =0.5 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 4d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=4 m =0.5 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat • Tại mặt cắt 5d: xvi 0.8 Phụ lục 10 Hieusuat tai vi tri x/d=5 m =0.5 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xvii 0.8 Phụ lục Đồ thị biến đổi hiệu suất theo khoảng cách với M = • Tại mặt cắt 1d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=1 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 2d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=2 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 3d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=3 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xviii 0.8 Phụ lục • Tại mặt cắt 4d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=4 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 5d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=5 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 Đồ thị biến đổi hiệu suất theo khoảng cách với M = 1.5 • Tại mặt cắt 1d: xix Phụ lục 10 Hieusuat tai vi tri x/d=1 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 2d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=2 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 3d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=3 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xx 0.8 Phụ lục • Tại mặt cắt 4d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=4 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 5d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=5 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 So sánh ảnh hưởng tỉ số phun đến hiệu suất: • Tại mặt cắt 1d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=1 M=0.5 M=1 z/d M=1.5 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xxi 0.8 Phụ lục • Tại mặt cắt 2d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=2 M=0.5 M=1 M=1.5 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xxii 0.8 Phụ lục • Tại mặt cắt 3d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=3 M=0.5 M=1.5 M=2 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 4d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=4 M=0.5 M=1 M=1.5 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 5d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=5 M=0.5 M=1 M=2 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xxiii 0.8 Phụ lục Phụ lục D: Nghiên cứu ảnh hưởng số hàng lỗ đến hiệu làm mát Hai hàng lỗ • Tại mặt cắt 1d: 10 10 profil van toc tai x/d =1 Hieusuat tai vi tri x/d=1 8 goc 35 goc 35 z/d z/d 4 2 0 0.5 1.5 2.5 3.5 0.2 v* 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 3d: 10 10 profil van toc tai x/d =3 Hieusuat tai vi tri x/d=3 8 goc 35 goc 35 z/d z/d 4 2 0 0.5 1.5 v* 2.5 3.5 • Tại mặt cắt 5d: xxiv 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 Phụ lục 10 10 profil van toc tai x/d =5 Hieusuat tai vi tri x/d=5 8 goc 35 goc 35 z/d z/d 4 2 0 0.5 1.5 v* 2.5 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Đồ thị tổng hợp hiệu suất theo khoảng cách: 10 Do thi tong hop hieu suat theo khoang cach 1d z/d 3d 5d 12d 18d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 Ba hàng lỗ • Tại mặt cắt 1d: 10 10 profil van toc tai x/d =1 Hieusuat tai vi tri x/d=1 8 goc 35 goc 35 z/d z/d 4 2 0 0.5 1.5 2.5 3.5 v* xxv 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 Phụ lục • Tại mặt cắt 3d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=3 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 5d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=5 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 12d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=12 goc 35 z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xxvi 0.8 Phụ lục Đồ thị tổng hợp hiệu suất theo khoảng cách: 10 Do thi biên doi hieu suat theo khoang cach 1d 3d 5d 12d 18d 24d z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 So sánh biến đổi hiệu suất theo khoảng cách trường hợp hàng lỗ, hai hàng lỗ ba hàng lỗ: • Tại mặt cắt 1d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=1 hang lo hang lo hang lo z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 3d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=3 hang lo hang lo hang lo z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xxvii 0.8 Phụ lục • Tại mặt cắt 5d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=5 hang lo hang lo hang lo z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat 0.8 • Tại mặt cắt 12d: 10 Hieusuat tai vi tri x/d=12 hang lo hang lo hang lo z/d 0 0.2 0.4 0.6 hieusuat xxviii 0.8 ... làm mát động máy bay Chương II: Giới thiệu mô hình nghiên cứu thông số ảnh hưởng Chương III: Nghiên cứu ảnh hưởng thông số hình học động học tới hiệu làm mát phẳng Chương IV: Nghiên cứu ảnh hưởng. .. ta nghiên cứu III Ảnh hưởng thông số tới hiệu làm mát 3.1 Dạng hình học lỗ làm mát: Nhiều nghiên cứu ảnh hưởng dạng hình học lỗ làm mát đến hiệu làm mát Goldstein et al.[2] người nghiên cứu hình. .. Thứ nhất, nghiên cứu ảnh hưởng thông số hình học (góc nghiêng, số hàng lỗ) thông số động học (tỷ số phun) tới hiệu làm mát phẳng - Thứ hai, nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố hình học động học tới ứng