Biên dạng cánh máy bay trong dòng chuyển động đều lưu chất tác dụng lên cánh một lực khí động R phân tích thành hai thành phần lực nâng L trên phương vuông góc với phương vận tốc và lự[r]
(1)Flow past immersed body Dòng chuyển động qua cố thể -Lý thuyết lớp biên - Lực nâng và lực cản (2) Lực nâng và lực cản (3) Nội dung Tổng quan dòng chuyển động qua cố thể (external flow) Giới thiệu các phương pháp nghiên cứu dòng ngoại lưu Lý thuyết lớp biên Prandtl Phương pháp động lượng tính gần đúng lớp biên Karman Phương pháp thực nghiệm tính lực cản qua số cố thể Lực nâng (4) Tổng quan chuyển động ngoại lưu Dòng chuyển động có ma sát ống: lớp biên hình thành từ thành ống, phát triển dọc theo chiều dài ống, hòa vào thành một, và lớp biên chiếm toàn không gian ống Đối với dòng chuyển động ống, ảnh hưởng lực ma sát là chủ đạo Dòng chuyển động bao quanh cố thể: - Ảnh hưởng lực ma sát (tính nhớt) quan trọng gần bề mặt cổ thể và 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 dòng không 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… (5) Dòng 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 không còn dòng tự i.e biến thiên vận tốc lớp biên lớn Ngoài ra, dòng 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 (6) Lực lưu chất tác động lên cố thể Tấm phẳng đặt song song với dòng chuyển động lưu chất tác dụng lực cản trên 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 vuông góc với phương vận tốc) và lực cản (trên phương vận tốc) Lực cản và lực nâng xuất phát từ phân bố áp suất và phân bố ứng suất ma sát trên bề mặt cố thể: lực áp suất vuông góc với bề mặt và lực ma sát tiếp tuyến với bề mặt (7) 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) (8) Lực cản tác động lên cố thể (9) Tối ưu hóa cố thể dạng lưu tuyến để giảm lực cản (10) Hệ số lực cản A: diện tích hình học đặc trưng (characteristic area) - Diện tích tiếp diện (frontal area): diện tích mặt cắt vuông góc dòng chuyển động, cố thể có bề dày (hình trụ, hình cầu, xe hơi…) - Diện tích bình diện (planform area): diện tích nhìn từ trên xuống, cố thể có kích thước lớn (cánh máy bay ) - Diện tích ướt (wetted area): tàu thuyền (11) Hệ số lực cản cho vài cố thể Vật thể 2D: kích thước chiều thứ ba (chiều vuông góc với mặt phẳng tờ giấy) lớn so với hai kích thước còn lại Vật thể 3D: kích thước chiều thứ ba không quá lớn so với hai kích thước còn lại (12) Hệ số lực cản cho vài cố thể (13) Hệ số lực cản cho vài cố thể (14) Hệ số lực cản theo Reynolds cho hình trụ và vài cố thể 2D V d Re (15) Hệ số lực cản theo Reynolds cho hình cầu và vài cố thể 3D V d Re (16) Hệ số lực cản cho cố thể 2D - Re>104 (17) Hệ số lực cản cho cố thể 2D - Re>104 (18) Hệ số lực cản cho cố thể 3D - Re>104 (19) Hệ số lực cản cho cố thể 3D - Re>104 -Vật thể góc cạnh: điểm tách rời lớp biên là cố định, CD có gía trị và không phụ thuộc vào số Reynolds (vd:hình trụ vuông, 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 ) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26)