Thiết kế chế tạo ống khí động vòng kín cỡ nhỏ và hệ thống cân khí động sáu thành phần

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ ỐNG KHÍ ĐỘNG VỊNG KÍN CỠ NHỎ VÀ CÂN KHÍ ĐỘNG SÁU THÀNH PHẦN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN ĐỨC Đà Nẵng – Năm 2019 i TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Số thẻ SV: 103150033 Lớp: 15C4A Đồ án thực thiết kế cân khí động sáu thành phần dựa kích thước buồng thử thiết kế tác giả khác Với kết cấu thiết kế đơn giản mang lại độ xác cao, với hiệu chỉnh xác cảm biến đo lực loadcell Với thiết kế thực thí nghiệm với hình xe cánh máy bay Trong nghiên cứu thực thí nghiệm chủ yếu với hai mơ hình xe Ahmed DrivAer Tuy mơ hình đơn giản thể đặc điểm tác dụng dịng khí lên mơ hình Ngồi nghiên cứu sử dụng áp kế đa ống để thực đo chênh áp suất bề mặt mơ hình với áp suất khơng khí Kết so sánh với tác giả thực mơ luồng khí phần mềm ANSYS Fluent ii ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Đức Số thẻ sinh viên: 103150033 Lớp: 15C4A Khoa:Cơ khí Giao thơng Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần ( Phần thiết kế chế tạo cân khí động sáu thành phần) Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Vận tốc tối đa dịng khí qua buồng thử < 40m/s Kích thước buồng thử 0.4 x 0.6 x 1.0( m) Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan thành phần lực khí động tác dụng lên phương tiện 1.1 Lực cản khí động 1.2 Lực nâng khí động học 1.3 Lực bên khơng khí 1.4 Mơ men liệng (roll) 1.5 Mơ men rẽ hướng (yaw) 1.6 Mơ men chúc - ngóc (pitch) Chương 2: Tổng quan, giới thiệu đường ống khí động 2.1 Giới thiệu tổng quan đường ống khí động 2.2 Các điều kiện tương đồng thí nghiệm 2.3 Một số đường ống khí động thực tế Chương 6: Thiết kế chế tạo thiết bị đo 6.1 Giới thiệu trang thiết bị đo 6.2 Thiết kế cân khí động sáu thành phần 6.3 Thiết bị đo áp suất Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): - Bản vẽ cân khí động sáu thành phần - Giá đỡ cân khí động - Bản vẽ ống phân kỳ nối ống chuyển hướng tổ ong - Bản vẽ buồng thử iii (01A3) (01A3) (01A3) (01A3) Họ tên người hướng dẫn: TS Phan Thành Long Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 02/09/2019 Ngày hoàn thành đồ án: 18/12/2019 Đà Nẵng, ngày 18 tháng 12 năm 2019 Trưởng Bộ môn …………………… Người hướng dẫn iv LỜI NÓI ĐẦU Gần đây, khái niệm "Cách mạng Công nghiệp 4.0" nhắc đến nhiều truyền thông mạng xã hội Cùng với hứa hẹn "đổi đời" doanh nghiệp Việt Nam đón sóng Và doanh nghiệp ô tô không ngoại lệ, với phát triển nhiều nhà máy lắp ráp ô tô Trường Hải, Toyota, Ford… Đặc biệt, đời Vinfast ghi danh Việt Nam đồ ngành công nghiệp chế tạo xe giới Điều buộc kỹ sư ngành ô tô phải tích cực nghiên cứu, tìm tịi, học hỏi cơng nghệ mới, thiết kế, cải tạo ô tô cũ để phù hợp với nhu cầu Ngày nay, mẫu xe đời, điều mà nhiều người quan tâm kiểu dáng tiết kiệm nhiên liệu, góp phần bảo vệ mơi trường Do đó, việc thiết kế mẫu xe có kiểu dáng bắt mắt, hình dáng khí động học tốt điều cần thiết Trong đồ án này, em sử dụng phần mềm mô mơ hình thử nghiệm thực tế để tìm hiểu tác động dịng khơng khí lên số mẫu xe, từ so sánh, đưa kết luận Trong q trình nghiên cứu, đánh giá, em khơng thể tránh khỏi sai sót Vì vậy, mong thơng cảm đóng góp ý kiến q thầy cô giáo bạn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS Phan Thành Long tồn thể q thầy giáo khoa Cơ khí Giao thơng bạn giúp đỡ em nhiều trình thực Đồ án Đà Nẵng, ngày 18 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đức v CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp hướng dẫn thầy giáo TS Phan Thành Long Đề tài hồn thành sau q trình nghiên cứu, tính tốn tơi Các kết trình bày đồ án trung thực, khách quan chưa bảo vệ Các số liệu, hình vẽ sử dụng đồ án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Nếu khơng trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm đề tài Sinh viên thực Nguyễn Văn Đức vi MỤC LỤC TÓM TẮT ii NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI NÓI ĐẦU v CAM ĐOAN vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .xi MỞ ĐẦU 1.1 Lực cản khí động 1.2 Lực nâng khí động học 1.3 Lực bên khơng khí 1.4 Mô men liệng (roll) 1.5 Mô men rẽ hướng (yaw) 1.6 Mô men chúc - ngóc (pitch) Chương 2: TỔNG QUAN, GIỚI THIỆU VỀ ĐƯỜNG ỐNG KHÍ ĐỘNG 2.1 Giới thiệu tổng quan đường ống khí động 2.1.1 Công dụng đường ống khí động 2.1.2 Lịch sử ống khí động 2.1.3 Phân loại: 2.2 Các điều kiện tương đồng thí nghiệm 11 2.3 Một số đường ống khí động thực tế: 12 2.3.1 Đường hầm khí động National Transonic Facility 12 2.3.2 National Full-scale Aerodynamic Complex (NAFC) 12 Chương 5: CHẾ TẠO VÀ LẮP GHÉP ĐƯỜNG ỐNG KHÍ ĐỘNG 14 5.1 Buồng thử 14 5.2 Các ống phân kì 15 5.3 Ống chuyển hướng 16 5.4 Quạt 18 5.5 Buồng ổn định 20 5.6 Nón phễu 22 Chương 6: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ ĐO 23 vii 6.1 Giới thiệu trang thiết bị đo 23 6.2 Thiết kế cân khí động sáu thành phần 24 6.2.1 Giới thiệu chung 24 6.2.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động cân khí động sáu thành phần 25 6.2.3 Thiết kế cân khí động sáu thành phần 26 6.2.4 Phân tích tính lực, momen 29 6.2.5 Cảm biến lực loadcell 30 6.2.6 Nguyên lí hoạt động loadcell 32 6.2.7 Mạch chuyển đổi HX711 33 6.2.8 Mắc dây nối cảm biến loadcell 34 6.2.9 Chương trình đo cân khí động sáu thành phần 34 6.2.10 Biến tần Schneider Altivar 312 39 6.2.11 Cảm biến đo vận tốc gió PCE TA-30 40 6.2.12 Mẫu thí nghiệm 42 6.2.11 Mô tả thí nghiệm 44 6.2.12 Kết thí nghiệm 45 6.3 Thiết bị đo áp suất 50 6.3.1 Áp kế đa ống 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ BẢNG 2.1 Bảng giá trị đánh giá chất lượng lưới mơ hình tơ BẢNG 6.1 Kết đo xe Ahmed BẢNG 6.2 Kết đo xe DrivAer BẢNG 6.3 Kết đo áp suất HÌNH 1.1 Lực cản tác dụng lên phía đầu xe HÌNH 1.2 Hình dạng cánh máy bay chịu tác dụng lực nâng HÌNH 1.3 Máy bay cánh nhờ lực nâng HÌNH 1.4 Lực bên tác động lên tơ lúc chạy qua vùng có gió ngang HÌNH 2.6 Bên buồng thử NAFC HÌNH 2.7 Góc nhìn từ cao khu phức hợp HÌNH 2.1 Một xe với kích thước thật đặt đường hầm khí động HÌNH 2.2 Ứng dụng đường ống khí động lĩnh vực khác HÌNH 2.3 Ống khí động loại hở HÌNH 2.4 Ống khí động loại vịng kín HÌNH 2.5 Góc nhìn từ cao bên National Transonic Facility HÌNH 2.6 Bên buồng thử NAFC HÌNH 2.7 Góc nhìn từ cao khu phức hợp HÌNH 5.1 Mặt trước buồng thử làm suốt, dạng cửa mở lên/xuống HÌNH 5.2 Phần đáy buồng thử với cấu cân khí động HÌNH 5.3 Buồng thử với thiết bị đo đạc mẫu thử bên HÌNH 5.4 Ống phân kì q trình chế tạo HÌNH 5.5 Ống phân kì sau hồn thiện HÌNH 5.6 Các xương cắt theo biên dạng khung xương ghép từ nhiều xương HÌNH 5.7 Các cánh nắn dịng sau hồn thiện HÌNH 5.8 Ở mép gắp pát chữ L để định vị vào ống chuyển hướng HÌNH 5.9 Các cánh định vị phần vỏ ống chuyển hướng HÌNH 5.10 Mặt nối vng – trịn vào quạt HÌNH 5.11 Quạt HÌNH 5.12 Biến tần dùng để thay đổi tốc độ quạt HÌNH 5.13 Các sóng tole HÌNH 5.14 Các sóng tole HÌNH 5.15 Cấu trúc tổ ong buồng ổn định sau hoàn thành HÌNH 5.16 Nón phễu sau hồn thành HÌNH 5.17 Tổng quan đường ống sau hoàn thành ix HÌNH 6.1 Các trang thiết bị đo HÌNH 6.2 Kích thước buồng thử giá đỡ HÌNH 6.3 Cân khí động sáu thành phần HÌNH 6.4 Cấu tạo cân khí động sáu thành phần HÌNH 6.5 Kích thước xe mơ hình Ahmed HÌNH 6.6 Kích thước tam giác đỡ HÌNH 6.7 Kích thước hình trịn chắn HÌNH 6.8 Cơ cấu nâng hạ HÌNH 6.9 Phần cân khí động sáu thành phần HÌNH 6.10 Phân tích lực tác dụng lên mẫu thử HÌNH 6.11 Sắp xếp lực loadcell HÌNH 6.12 Cấu tạo bên ngồi loadcell HÌNH 6.13 Cấu tạo bên loadcell HÌNH 6.14 Cấu tạo điện trở bên loadcell HÌNH 6.15 Sơ đồ mạch điện trở loadcell HÌNH 6.16 Sơ đồ nối dây loadcell HÌNH 6.17: Mạch chuyển đổi HX711 HÌNH 6.18 Sơ đồ nối dây loadcell HÌNH 6.19 Nối mạch cân khí động sáu thành phần HÌNH 6.20 Biến tần Schneider Altivar 312 HÌNH 6.21: Sơ đồ khối hoạt động biến tần HÌNH 6.22: Máy đo gió PCE – TA30 HÌNH 6.23 Mẫu thí nghiệm HÌNH 6.24 Kích thước mẫu thí nghiệm xe Ahmed HÌNH 6.25 Kích thước xe mơ hình DrivAer HÌNH 6.26: Các kết đo với vận tốc khác ghi nhận máy tính HÌNH 6.27: Đồ thị biến thiên lực cản xe Ahmed HÌNH 6.28 Kết đo xe DrivAer HÌNH 6.29 Biến thiên lực cản theo vận tốc xe mơ hình DrivAre HÌNH 6.30 Áp kế đa ống HÌNH 6.31 Các rãnh phân bố áp suất HÌNH 6.32: Kết áp kế HÌNH 6.33: Các đồ thị thể phân bố áp suất bề mặt x Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Hình 6.19 Biến tần Schneider Altivar 312 6.2.10.2 Nguyên lí hoạt động biến tần Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Sau đó, điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn thực thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Hình 6.20 Sơ đồ khối hoạt động biến tần Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số tuỳ theo điều khiển nghịch lưu Hiệu suất chuyển đổi nguồn biến tần cao sử dụng linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ đại Nhờ vậy, lượng tiêu thụ xấp xỉ lượng yêu cầu hệ thống 6.2.11 Cảm biến đo vận tốc gió PCE TA-30 6.2.11.1 Nhiệm vụ cảm biến vận tốc Trên ống khí động thiết kế xây dựng, máy đo vận tốc gió có nhiệm vụ đo vận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 40 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần tốc gió qua buồng đo xác định phân bố trường vận tốc trên tiết diện buồng đo Từ tạo nên sở để xác định lực khí động tác dụng lên vật thể Hình 6.21: Máy đo gió PCE – TA30 6.2.11.2 Ngun lí hoạt động cảm biến gió Cảm biến đo vận tốc gió sử dụng cho ống khí động loại đo kiểu cánh quạt Làm việc dựa nguyên lý hoạt động loại tuốc bin phản lực loại hướng trục Đầu dị cảm biến đặt vng góc với dịng chảy khơng khí Khi dịng chảy chảy qua cánh gió thiết bị, lực khí động tác động lên gió tạo momen quay M làm quay trục Vì tuabin phản lực thuộc loại máy thủy lực cánh dẫn nên phương trình tuabin phản lực suy từ phương trình máy thủy lực cánh dẫn M = Q1 (c1 cos 1R1 − c2 cos 2 R ) (6-7) N = M (6-8) Trong đó: − M [Nm]: Mơ men quay tuốc bin − ρ [kg/m3]: khối lượng riêng khơng khí − Q1 [m3/s]: Lưu lượng khơng khí chảy qua cánh gió thiết bị − R1, R2 [m]: Đường kính đường kính ngồi prôfin cánh − N [W]: Công suất tạo tuabin tác dụng dịng khí chảy qua Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 41 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần − ω [rad/s]: Vận tốc góc trục tuốc bin Cơng suất N tuốc bin tạo dùng để khắc phục cản lực cản tuốc bin làm tuốc bin quay với vận tốc góc ω Các lực cản tuốc bin phụ thuộc vào kết cấu hình học thơng số kỹ thuật Giá trị lực cản ảnh hưởng đến độ nhạy tính xác thiết bị đo thông số chuẩn nhà sản xuất thiết bị = .n 30 n= 30  (6-9) Trong đó: − n: số vòng quay trục tuốc bin Dùng thiết bị đo số vòng quay n thiết bị xác định vận tốc góc ω trục tuốc bin Qua thiết bị xác định lưu lượng gió Q1 chảy qua tuốc bin Cuối thiết bị xác định vận tốc gió V∞ nhờ cơng thức: Q1 = V (R 22 − R 12 )  V = Q1 (R − R 12 ) 2 (6-10) Như thiết bị đo gió xác định vận tốc gió nhờ xác định số vịng quay trục tuabin biết biên dạng hình học thông số kỹ thuật Đây nguyên lý làm việc thiết bị đo gió kiểu cánh quạt 6.2.12 Mẫu thí nghiệm Trong thí nghiệm khí động học, kích thước mẫu thí nghiệm phụ thuộc vào kích thước ống thử Do ống khí động lựa chọn để làm thí nghiệm có kích thước không đủ lớn để thử nguyên mẫu vỏ xe, nên phải chế tạo mẫu vỏ xe có hình dáng tương tự vỏ xe thật, có kích thước thu nhỏ trình bày Mẫu thí nghiệm chế tạo phương pháp in 3D nhựa với tỷ lệ thu nhỏ 1:20, sau gia cơng đánh bóng bề mặt Mẫu thí nghiệm có hình dạng hình 5.18 Do ống khí động thiết kế để thử biên dạng cánh thân máy bay, nên vật thí nghiệm lắp vùng khoang thử (lắp trực tiếp lên giá đầu đỡ) Nghĩa thiết bị thử không tạo hiệu ứng mặt đường Vì vậy, để tạo hiệu ứng mặt đường cho thí nghiệm, tiến hành lắp sàn mica phẳng dày 3mm phía gầm mơ hình Mẫu thí nghiệm chế tạo phương pháp in 3D nhựa với tỷ lệ thu nhỏ 1/18, sau gia cơng đánh bóng bề mặt Mẫu thí nghiệm có hình dạng hình 5.22 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 42 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Hình 6.22 Mẫu thí nghiệm Hình 6.23 Kích thước mẫu thí nghiệm xe Ahmed Kích thước sàn lựa chọn cho khơng gây nhiễu động cho dịng chảy khơng khí phía trước xe Do khơng có tiêu chí cụ thể để lựa chọn kích thước này, nên lựa chọn sơ kích thước ban đầu (dài x rộng) 300x500 mm Bên cạnh cịn mơ hình xe DrivAer với kích thước 1/20 Hình 6.24 Kích thước xe mơ hình DrivAer Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 43 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Hình 6.25 Xe mơ hình DrivAer 6.2.11 Mơ tả thí nghiệm 6.2.11.1 Đo vận tốc theo giá trị điều khiển biến tần Vì tương quan kích thước buồng đo, kích thước đầu dị yêu cầu tránh nhiễu động không đáng có cho dịng chảy qua ống khí động Ta thực đo điều khiển vận tốc cách gián tiếp Quá trình đo thực sau: − Bước 1: Tháo tất mơ hình đồ gá khỏi buồng đo Bảo đảm vệ sinh ống khí động trước thực đo để tránh bụi lọt vào đầu dò cảm biến − Bước 2: Điều chỉnh giá trị điều khiển biến tần giá trị 30 Đưa đầu dò cảm biến vào khu vực cảm biến Nơi sau đặt vật thể thí nghiệm Cố định chắn đầu dị nằm vng góc với dịng chảy − Bước 3: Điều chỉnh giá trị đo cảm biến thang đo m/s Nhấn nút Run biến tần Ghi nhận giá vận tốc tương ứng với giá trị điều khiển − Bước 4: Lần lượt thay đổi giá trị điều khiển biến tần lên 40, 50, …đến 100% Ghi nhận vận tốc gió tương ứng với giá trị điều khiển − Bước 5: Lập bảng giá trị xây dựng đồ thị vận tốc gió theo giá trị điều khiển biến tần 6.2.11.2 Đo mẫu thử Mẫu thí nghiệm lắp cố định sàn gắn đầu trụ đỡ cân chỉnh vị trí cân nhờ cấu nâng hạ Khi động hoạt động, luồng khí với vận tốc xác định động tạo nên chuyển động tuần hồn ống khí động thiết bị đo Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 44 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần tốc độ đọc kết Thiết bị điều khiển động cho phép điều chỉnh vận tốc dịng khí theo ý muốn để thực thí nghiệm giá trị vận tốc khác Luồng khơng khí thổi qua mẫu thí nghiệm làm xuất lực mơ men khí động tác dụng lên mẫu thí nghiệm Cân khí động ghi nhận lại giá trị lực mô men truyền chuyển đổi tín hiệu lực, sau tín hiệu chuyển đổi đưa máy tính để hiển thị kết Các tín hiệu điện từ cảm biến ghi nhận liên tục sau bước thời gian 2s Ở giá trị vận tốc thiết bị thí nghiệm ghi lại tầm lần lấy giá trị trung bình Do kích thước trụ đỡ sàn điều kiện mặt đường có kích thước lớn so với kích thước mẫu xe thí nghiệm, nên lực tác động lên chúng gây sai số trình đo Để loại trừ ảnh hưởng hệ thống gá đặt mẫu thử tiến hành thí nghiệm cho hai trường hợp: Thí nghiệm 1: tiến hành đo khơng có mẫu thử để đo lực tác dụng lên giá đỡ sàn Thí nghiệm 2: tiến hành đo với mẫu thử lắp giá đỡ để xác định lực tác dụng lên toàn hệ thống Lấy hiệu kết đo thí nghiệm trừ kết đo thí nghiệm ta xác định lực cân khí động mơ hình thí nghiệm 6.2.12 Kết thí nghiệm 6.2.12.1 Kết đo xe mơ hình Ahmed Kết cho số liệu dạng bảng số, gồm giá trị lực theo phương: Fx, Fy, Fz đo N mô men: Mx, My, Mz với đơn vị Nm 12m/s Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức 12m/s Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 45 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần 19m/s 19m/s 22m/s 22m/s Hình 6.26: Các kết đo với vận tốc khác ghi nhận máy tính Trong q trình tiến hành thí nghiệm, việc điều chỉnh vận tốc dịng khí phức tạp, nên kết thí nghiệm, số trường hợp không đạt vận tốc dự kiến ban đầu Chẳng hạn, vận tốc thử theo dự kiến 30 m/s vận tốc thử thực tế đạt 29m/s, thay cho dự kiến 35 m/s vận tốc thử 34 m/s Vận tốc dịng khí điều chỉnh cách thay đổi vận tốc động hiển thị thiết bị riêng biệt Người thực phải chờ cho vận tốc dịng khí ổn định bấm nút ghi nhận kết máy tự động lưu lại số liệu Do vận tốc dịng khí hiển thị thiết bị đo nhấp nháy liên tục với biên độ khoảng ± 0,5 m/s, nên kết ghi nhận giá trị trung bình Bảng 6.1 Kết đo cân khí động mẫu thử xe Ahmed Vận tốc Lực cản Lực nâng Lực bên (N) (N) (N) 0.59 0.35 0.103 0.61 0.38 0.106 Lần (m/s) 12 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Roll Pitch Yaw (Nm) (Nm) (Nm) 0.019 0.054 0.018 0.3602 0.02 0.056 0.02 0.3724 Hướng dẫn: TS Phan Thành Long Cx Cx trung bình 0.3724 46 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần 19 22 0.63 0.32 0.103 0.019 0.054 0.019 0.3847 1.45 1.15 0.312 0.048 0.154 0.046 0.358 1.48 1.17 0.293 0.043 0.147 0.046 0.359 1.47 1.18 0.302 0.049 0.157 0.043 0.361 1.85 1.25 0.408 0.067 0.204 0.066 0.336 1.92 1.28 0.417 0.01 0.211 0.065 0.348 1.95 1.31 0.446 0.079 0.216 0.063 0.354 0.359 0.3464 Để đánh giá kết thí nghiệm, ta lấy giá trị trung bình hệ số cản Cd đo để tính tốn lực cản Fx theo cơng thức: Fx= Cd ρAV2 (6-11) Trong đó: Hệ số cản khí động : Cd Diện tích cản diện: A = 0,018567m2 ( Lấy từ mơ phỏng) Mật độ khơng khí: ρ= 1,225 kg/m3; Với vận tốc dịng khí biến thiên từ 12 – 22 m/s, biến thiên lực cản thể hình 6.27 Fx(N) Biến thiên lực cản 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 25 V(m/s) Hình 6.27: Đồ thị biến thiên lực cản xe Ahmed Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 47 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần 6.2.12.2 Đo xe mơ hình DrivAer Kết đo xe DrivAer 12m/s 17m/s 19m/s Hình 6.28 Kết đo xe DrivAer Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 48 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Vận tốc (m/s) 12 17 19 Bảng 6.2 Kết đo cân khí động xe mơ hình DrivAer Lực Lực Lực Roll Pitch Yaw Lần cản nâng bên Cx (Nm) (Nm) (Nm) (N) (N) (N) 0.162 0.155 0.075 0.023 0.016 0.01 0.28 0.165 0.155 0.074 0.022 0.017 0.06 0.285 0.163 0.163 0.077 0.023 0.16 0.07 0.281 0.308 0.173 0.133 0.038 0.043 0.04 0.265 0.299 0.174 0.141 0.039 0.042 0.07 0.257 0.305 0.193 0.151 0.041 0.044 0.06 0.268 0.351 0.195 0.162 0.067 0.051 0.016 0.242 0.372 0.202 0.165 0.071 0.053 0.015 0.256 0.359 0.196 0.172 0.079 0.052 0.018 0.247 Cx trung bình 0.282 0.2619 0.2488 Với diện tích cản xe DrivAer 0.006556 m2( lấy từ mô phỏng) theo công thức 6.11 ta có giá trị hệ số cản bảng 6.2 Dựa vào bảng 6.2 ta có đồ thị 6.29 biến thiên lực cản xe mơ hình DrivAer theo vận tốc Fx(N) Biến thiên lực cản 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 15 20 V(m/s) Hình 6.29 Biến thiên lực cản theo vận tốc xe mơ hình DrivAer Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 49 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần 6.3 Thiết bị đo áp suất 6.3.1 Áp kế đa ống 6.3.1.1 Giới thiệu chung Đây loại áp kế sử dụng phổ biến mơ hình ống khí động cỡ nhỏ đo nhiều điểm áp suất mơ hình thử nghiệm Bên cạch có độ xác cao Áp kế đa ống thiết kế dựa nguyên lí hoạt động áp kế ống chữ U Với mục đích xác định chênh lệch áp suất bề mặt mơ hình thử nghiệm so với áp suất khơng khí Hình 6.30 Áp kế đa ống Áp kế đa ống bao gồm 12 ống thủy tinh dài gắng chung với đường ống nhựa Cột áp đươc chia với chia với độ xác với đơn vị mm Đối với khoảng chênh lệch áp suất thấp cao áp suất nước, nước thường sử dụng 6.3.1.2 Cấu tạo ngun lí làm việc Hình 6.30 Cấu tạo áp kế đa ống Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 50 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Áp kế bao gồm 12 cột dọc, đường kính mm có chất lỏng ống kết thúc tiếp xúc với áp lực khác Cột tăng hay giảm trọng lượng trạng thái cân với khác biệt áp suất hai đầu ống Và áp lực đầu bên nối với đường ống có đường kính 24mm để chứa nước nhằm tạo áp suất khơng khí Khi chưa có tác động dịng khí áp lực tác dụng lên cột chất lỏng có chiều cao "h0" mật độ "ρ" cho phương trình áp lực thủy tĩnh P0 = ρgh0 (6-12) Khi áp lực khí ống khí động tạo tác động lên bề mặt mơ hình thí nghiệm truyền đến đầu ống phía làm dịng chất lỏng bên có xu hướng lên xuống có chiều cao Áp suất động là: Pa = ρgha Sự khác biệt chiều cao chênh áp suất: ΔP =Pa – P0 ΔP = ρg(ha-h0) Trong đó: Áp suất khơng khí : P0 (6-14) (6-15) (Pa) Áp suất động : Pa (Pa) Chênh áp suất : ΔP (Pa) Khối lượng riêng nước : ρ=987 Gia tốc trọng trường Độ cao cột áp động : Độ cao cột khơng khí: :g=9.81 h0 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức (6-13) (kg/m3) (m/s2) (m) (m) Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 51 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần 6.3.1.3 Bố trí mẫu thử Hình 6.31 Các rãnh phân bố áp suất Trên bề mặt mẫu thử khoan lỗ đặt ống vào bên nhằm mục đích có áp suất bề mặt Với số cột ống 11 bố trí bao gồm ống tải dọc bên hong xe ống bố trí dọc từ đầu đến mơ hình mơ tả qua hình 6.30 6.3.1.4 Kết đo áp suất Trong q trình thí nghiệm việc kiểm tra tốc độ chênh lệch áp suất phức tạp Người thực phải đợi vận tốc dịng khí định cho kết trung bình Hình 6.31 Thể chênh lệch cột áp áp kế Hình 6.32: Kết áp kế Dựa vào kết áp kế tính tốn có kết bảng 6.3 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 52 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Bảng 6.3 Kết đo áp suất Vận 13 tốc(m/s) 16 Cột ΔH (m) ΔP (pa) 0.03 290 0.022 213 0.04 ΔH (m) 19 ΔP (pa) ΔH (m) ΔP (pa) 0.043 0.028 338 271 0.035 416 338 387 0.053 513 0.065 629 0.028 271 0.036 348 0.045 435 0.028 271 0.038 367 0.047 455 0.023 222 0.032 309 0.04 387 0.022 213 0.03 290 0.038 367 0.021 203 0.028 271 0.036 345 0.024 232 0.033 319 0.04 387 0.035 Với cột áp từ đến trải dài từ đầu đến đuôi xe, lại từ đến trải dài bên hong xe Và áp suất khí trời thể qua cột 10 Từ bảng đo áp suất thể đồ thị phân bố áp suất bề mặt mơ hình xe 700 Áp suất (pa) Phân bố áp suất trần xe 600 500 400 vantoc13 300 vantoc16 200 vantoc19 Áp suất(pa) sau: Phân bố áp suất bên hong xe 500 400 300 vantoc13 200 vantoc16 100 100 0 Vị trí vantoc19 0 Vịtrí 10 Hình 6.33: Các đồ thị thể phân bố áp suất bề mặt Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 53 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Marija Samardžić,Zoran Anastasijević, Dragan Marinkovski, Dušan Ćurčić, Jovan Isaković, (2014) External Six-Component Strain Gauge Balance for Low Speed Wind Tunnels [2] Dr Dipankar N Basu (2015), Piezometer & elastic pressure transducer [3] G.U.N.T Gerätebau GmbH, Multi-Tube Manometer 16-fold for Air Flow Benc, Equipment for Engineering Education, 1-8 [4] Li Nan (2.13), The methods of drag force measurement in wind tunnels, Master’s Thesis in Energy Systems Tiếng Việt [5] Tơ Hồng Tùng (2016), Nghiên cứu cải thiện dạng khí động học vỏ xe khách lắp ráp Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội [6] PGS.TS Hồng Đức Liên (2007), Giáo trình Kỹ thuật thủy khí, Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội, Hà Nội Trang web [5] Cảm biến Loadcell, https://nshopvn.com/product/cam-bien-loadcell-20kg/ Tunnels NASA [6] Arduino Việt Nam, https://www.facebook.com/groups/congdongarduinovn/ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đức Hướng dẫn: TS Phan Thành Long 54 ... Cơ khí Tên đề tài đồ án: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần ( Phần thiết kế chế tạo cân khí động sáu thành phần) Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết... kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Hình 6.3 Cân khí động sáu thành phần Bằng cách chọn đầy đủ khái niệm cân khí động thiết kế đầy đủ số phần chức cân khí. .. Phan Thành Long 13 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo ống khí động vịng kín cỡ nhỏ hệ thống cân khí động sáu thành phần Chương 5: CHẾ TẠO VÀ LẮP GHÉP ĐƯỜNG ỐNG KHÍ ĐỘNG 5.1 Buồng thử Như trình bày phần