7. Bố cục của luận ỏn
2.4.4. Kiểm chứng phương phỏp tớnh toỏn mụ phỏng
Nghiờn cứu dũng chảy bao quanh chõn vịt bằng phương phỏp số chớnh là giải phương trỡnh Navier Stock viết dưới dạng số Reynolds trung bỡnh, phương trỡnh bảo toàn khối lượng, phương trỡnh bảo toàn năng lượng. Giải cỏc phương trỡnh này sẽ xỏc định được phõn bố ỏp suất, vận tốc, lực, mụ men và một số yếu tố thuỷ động lực học khỏc từ đú xỏc định được đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt. Tuy nhiờn hệ cỏc phương trỡnh này cú số ẩn nhiều hơn số phương trỡnh do đú muốn giải được hệ phương trỡnh này cần bổ sung cỏc mụ hỡnh rối phự hợp để đúng kớn hệ phương trỡnh đú. Trong tớnh toỏn, mụ phỏng số chõn vịt cú ba mụ hỡnh rối thường được sử dụng để đúng kớn hệ phương trỡnh trờn đú là mụ hỡnh RNG k - ε, SST k - ω, và ‘The transion SST k - ω’ [44, 96, 98, 100-103].
29
Hình 2.6. Mụ hình và miền khụng gian tớnh toỏn chõn vịt E779A
Hình 2.7. Mụ hình chõn vịt E779A, và miền khụng gian sau khi chia lưới
Để kiểm chứng cho việc chọn mụ hỡnh rối phự hợp, luận ỏn đó tham khảo một số bài bỏo uy tớn [15, 16, 18, 19, 35, 104, 105] và sử dụng mụ hỡnh RNG k - ε thực hiện tớnh toỏn mụ phỏng cho mẫu chõn vịt cú bước cố định E779A sau đú so sỏnh
30 với kết quả tớnh toỏn mụ phỏng, và kết quả nghiờn cứu thực nghiệm được cụng bố trờn hai bài bỏo uy tớn trờn trang web Sciencedirect [29, 30]. Cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản của mẫu chõn vịt E779A Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thụng số cơ bản của chõn vịt E779A
Stt Tờn Giỏ trị Đơn vị 1 Đường kớnh 0,227 m 2 Tỷ số bước H/D 1,1 3 Số cỏnh 4 4 Tỷ số bầu 0,2 5 Gúc xoắn 40 48’ độ 6 Gúc nghiờng của cỏnh 40 35’ độ 7 Tỷ số mặt đĩa 0,689
8 Chiều dài bầu 68,3 mm 9 Số vũng quay 36 vũng / s
Miền khụng gian tớnh toỏn mụ phỏng số chõn vịt E779A được chọn theo hai bài bỏo đó được cụng bố [29, 30], với kớch thước đường kớnh bằng 10 lần chõn vịt, khoảng cỏch từ đầu vào đến vị trớ đặt chõn vịt bằng 3 lần đường kớnh chõn vịt, khoảng cỏch từ chõn vịt đến đầu ra bằng 7 lần đường kớnh chõn vịt Hỡnh 2.6. Miền khụng gian tớnh toỏn mụ hỡnh hoỏ bằng lưới đa diện với 3491176 nỳt lưới và 695677 phần tử Hỡnh 2.7. Chi tiết cỏc thụng số của lưới dựng tớnh toỏn mụ phỏng mẫu chõn vịt E779A phụ lục 2 của luận ỏn.
Thuật toỏn PISO dựng để nội suy mối quan hệ giữa ỏp suất và vận tốc của cỏc phần tử chất lỏng trong khụng gian tớnh toỏn, điều kiện hội tụ của cỏc biến được chọn là 10-5. Cỏc điều kiện biờn bài toỏn gồm cú ‘Đầu vào’ được đặt là vận tốc đầu vào ‘Velocity-inlet’ với giả thiết là trường vận tốc phõn bố đều theo phương dọc trục, ‘Đầu ra được đặt là ỏp suất đầu ra ‘Pressure-outlet’ với giả thiết trường ỏp suất phõn bố đều với giỏ trị ỏp suất dư bằng 0, cỏnh, bầu chõn vịt được đặt là ‘Moving wall’ chuyển động cựng với khối động, khối động ‘Dynamic domain’ được đặt là ‘Moving zone’ chuyển động quay quanh trục chõn vịt với vận tốc quay bằng với vận tốc quay của chõn vịt. Một số hỡnh ảnh tớnh toỏn mụ phỏng số chõn vịt E779A Hỡnh 2.8 - Hỡnh 2.12.
Sau khi tớnh toỏn mụ phỏng thu đuợc lực đẩy, mụ men xoắn của chõn vịt, từ kết quả này xõy dựng đường đặc tớnh của chõn vịt và tiến hành so sỏnh với cỏc kết quả đó được tớnh toỏn, thực nghiệm cụng bố trờn hai bài bỏo [29, 30]. Theo kết quả tớnh toỏn mụ phỏng hiệu suất chõn vịt đạt giỏ trị lớn nhất là 0,619 tại hệ số tiến J = 0,9, khi đú hệ số lực đẩy KT và hệ số mụ men KQ lần lượt là 0,103 và 0,021. Sự sai lệch về kết quả tớnh toỏn mụ phỏng số với kết quả nghiờn cứu thực nghiệm chõn vịt E779A được trỡnh bày trờn đồ thị Hỡnh 2.13.
31
Hình 2.8. Phõn bố ỏp suất trờn hai bề mặt cỏnh chõn vịtE779A tại J = 0,1- 0,4
32
Hình 2.10. Phõn bố ỏp suất tại mặt cắt dọc trục, mặt cắt Z = 0
33
Hình 2.12. Hình ảnh đường dũng bao quanh chõn vịt tại J = 0,2
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 KT ,10 KQ , J KT CFD 10 KQ CFD CFD
KT Nghiên cứu thực nghiệm 10 KQ Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm
34 Từ đồ thị ta thấy rằng kết quả tớnh toỏn mụ phỏng số với mụ hỡnh rối RNG k - ε cựng với cỏc điều kiện biờn, thuật giải nờu trờn và kết quả nghiờn cứu thực nghiệm chõn vịt E779A sai khỏc nhau khoảng 3%. Vậy việc tỡm ra mụ hỡnh rối, điều kiện biờn và thuật giải phự hợp với bài toỏn mụ phỏng chõn vịt đảm bảo độ chớnh xỏc cú thể thay thế một phần cho nghiờn cứu thực nghiệm.
Kết luận chương 2:
Trong chương này đó trỡnh bày một số vấn đề quan trọng như sau:
Cơ sở lý thuyết dũng chảy bao quanh cỏnh núi chung, và dũng bao quanh chõn vịt, đưa ra cỏc thụng số cơ bản và đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt, trong đú ảnh hưởng rất lớn đến đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt là tỷ số bước H/D hay gúc đặt cỏnh ;
Khảo sỏt mối quan hệ mỏy chớnh, vỏ tàu và chõn vịt thấy được việc thay đổi tỷ số bước H/D làm thay đổi mức tiờu hao nhiờn liệu động cơ;
Nghiờn cứu ứng dụng phương phỏp tớnh toỏn mụ phỏng số cho dũng chảy bao quanh chõn vịt. Tớnh toỏn, mụ phỏng kiểm chứng cho chõn vịt E 779A đó được nghiờn cứu thực nghiệm để so sỏnh, với độ chớnh xỏc cho phộp nhỏ hơn 3%.
35
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ Mễ PHỎNG SỐ