3. THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG CHƢƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH TÍNH LỰC KHÍ ĐỘNG VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG
3.2.2. Kết quả đo áp suất trên lƣng và bụng cánh – so sánh với kết quả số
Kết quả thực nghiệm đo áp suất trên hai mặt lưng và bụng cánh được tính ra hệ số áp suất khơng thứ ngun theo cơng thức (3.2) và trình bày dưới dạng đồ thị phân bố 3D trên cánh và trải ra đồ thị 2D trên các mặt cắt (qua 11 hàng đo áp). Do các thí nghiệm được thực hiện khá nhiều (khoảng 20 bộ kết quả thí nghiệm). Trong phần này, sẽ trình bày 8 bộ kết quả thí nghiệm cho hai loại cánh ở các góc tới o o o o
0 , 2 , 4 , 8 . Ở góc tới o
8
, thí nghiệm hiệu ứng thành bên cho thấy khoảng cách nhiễu 5 c m , vì vậy, kết quả đo áp suất 3D trên cánh không bị ảnh hưởng sau khi trừ khoảng cánh với thành bên Lc a c h t h a n h 7 c m . Với góc tới o
1 0
, ảnh hưởng của thành bên quá mạnh, có những trường hợp rộng đến hơn nửa sải cánh. Vì thế, ở phần này khơng trình bày các kết quả thực nghiệm với o
1 0
.
Hình 3.13. Ảnh chụp thí nghiệm quan sát hiệu ứng thành bên
(lưng cánh profil Naca 4412, góc tới = 15o
)
Gốc cánh ngàm vào thành buông thử
Các sợi chỉ dán vào mặt cánh
Hình 3.14. Ảnh chụp thí nghiệm quan sát hiệu ứng thành bên
(lưng cánh profil Naca 4412, góc tới = 0o
34
Hình 3.15. Hệ số áp suất – so sánh kết quả thực nghiệm, lập trình số và Fluent
(cánh b/c=2,6; profil Naca 0012; = 4o
)
Thực nghiệm 1: Cánh 2b/c=5,2; Naca 0012; = 4o SO SÁNH CP 3D và 2D (THỰC NGHIỆM, LẬP TRÌNH, FLUENT)
35
Thực nghiệm 1 (hình 3.15): thực nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca 0012, góc
tới o
4
. Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả lập trình số theo phương pháp kì dị và kết quả luận án tính theo phần mềm Fluent. Quan sát chi tiết trên 11 đồ thị 2D trên 11 hàng lỗ đo áp cho thấy, với 10 hàng lỗ đầu, kết quả thực nghiệm giống kết quả lập trình và kết quả tính theo phần mềm Fluent. Duy có hàng lỗ thứ 11 ở sát mút cánh, kết quả thực nghiệm giống kết quả Fluent, cịn kết quả số kì dị chênh khá nhiều so với 2 kết quả kia.
Điểm khác nhau tại hàng lỗ đo áp số 11 (hình 3.15) được lý giải như sau: hàng lỗ số 11 cách mút cánh 2mm (bằng 0
0 0
0 4, kích thước sải cánh và 0 0 0
2 kích thước dây cung), và với khoảng cách quá nhỏ gần mút cánh này, xốy chuyển đổi từ các lỗ phía bụng qua mặt mút cánh vng góc với sải cánh sang các lỗ phía lưng, thì chỉ có thực nghiệm và phương pháp giải phương trình vi phân mới đánh giá chi tiết được. Phương pháp kì dị khơng chỉ tiết hóa được hiện tượng tại hàng lỗ sát nút này. Khi sử dụng phần mềm Fluent, nếu lưới 3D chia chỉ để nhận kết quả phân bố áp suất và hệ số lực nâng trên cánh, sẽ nhận được kết quả giống như kết quả tính theo phương pháp kì dị (đã lập trình). Trường hợp muốn nhận được kết quả như hàng lỗ số 11 của hình 3.15, cần thiết chia lưới mịn hơn rất nhiều và thời gian chạy máy cũng lâu hơn nhiều.
Với góc tới 4 độ, kết quả phân bố hệ số áp suất tại ba hàng lỗ gần gốc cánh gần như giống nhau, sau đó giảm dần về mút cánh.
Thực nghiệm 2 (hình 3.16): thực
nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca
4412, góc tới o
8
. Đây là trường hợp góc tới tương đối lớn. Khi giải bài tốn dịng có nhớt trong Fluent cho thấy dòng trên lưng cánh đã tách thành tại vị trí khoảng gần một
phần tư dây cung tính từ mép ra. Tuy nhiên, tách thành không quá lớn này vẫn làm hệ số lực nâng tăng, nhưng độ dốc đường lực nâng theo góc tới giảm nhẹ. Thực nghiệm ở đây cho thấy kết quả thực nghiệm về phân bố hệ số áp suất vẫn giống với kết quả tính tốn lập trình số. Điều này cũng phù hợp với các kết luận của một số các cơng trình đã cơng bố [51], [54].
Thực nghiệm ở cơng trình này chỉ ra rằng, với góc tới o
1 5
, kết quả thực nghiệm và kết quả lập trình số bắt đầu chênh nhau nhiều, và độ chênh này càng lớn khi góc tới càng lớn. Điều này được lý giải: với góc tới o
1 5
, dịng tách thành rất mạnh ở lưng cánh tạo nên vùng xốy lớn (lực nâng
giảm theo góc tới), và giả thiết dịng khơng nhớt khơng thích hợp nữa. Hình bên là kết quả tính theo Fluent với góc tới o
1 6
, tách thành trên lưng cánh xảy ra ngay từ mép vào hình thành nên một vùng xoáy lớn trùm hết lưng cánh và trải ra sau vết.
Do việc liên quan đến vấn đề ảnh hưởng của nhớt đến hiện tượng dòng tách thành khi góc tới rất lớn, nằm ngồi phạm vi nghiên cứu tính tốn dịng khơng nhớt, nên ở đây khơng trình bày và phân tích sâu các kết quả thực nghiệm ở góc tới rất lớn.
36
Kết quả phân bố 3D và 2D về hệ số áp suất trên hình 3.16 thể hiện sự biến đổi rõ rệt về diện tích hiệu dụng (tạo ra do độ chênh áp phía bụng và phía lưng cánh) từ gốc cánh đến mút cánh. Điều này có nghĩa là ở góc tới 8 độ, với hệ số dạng cánh 2
2 b 2 b c 5 2
( ) / . ,
,
hiệu ứng mút cánh do xoáy tại mút cánh có ảnh hưởng rõ rệt tới tận tiết diện gốc cánh.
KQ thực nghiệm PP kì dị (lập trình)
Thực nghiệm 2: Cánh 2b/c=5,2; Naca 4412; = 8o SO SÁNH CP 3D và 2D (THỰC NGHIỆM, LẬP TRÌNH)
Hình 3.16. Hệ số áp suất – so sánh kết quả thực nghiệm và lập trình số
(cánh b/c=2,6; profil Naca 4412; = 8o
37
Thực nghiệm 3 (hình 3.17): Thực nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca 0012,
góc tới 0 độ. Từ kết quả thực nghiệm thứ 3 này đến kết quả thứ 8, chỉ trình bày dạng đồ thị phân bố 3D của hệ số áp trên cánh, và một đồ thị 2D ở hàng lỗ tiết diện gốc cánh, nhằm trình bày sự so sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả lập trình số, cũng như hiển thị quy luật phân bố áp suất trên cánh 3D khi góc tới thay đổi.
Kết quả trình bày trên hình 3.17 là so sánh giữa thực nghiệm và tính tốn số lập trình về phân bố hệ số áp suất 3D và dạng đồ thị 2D của Cp trên tiết diện qua hàng lỗ 1 ở gốc cánh. Đây là trường hợp đối xứng cả về hình học và động học, kết quả thực nghiệm đo áp suất trên lưng cánh và bụng cánh gần như trùng nhau đối với tất cả các hàng lỗ, và giống kết quả tính tốn từ chương trình lập trình tính khí động cánh 3D.
Thực nghiệm 4 (hình 3.18): Thực nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca 0012,
góc tới 2 độ.
Thực nghiệm 3: Cánh 2b/c=5,2; Naca 0012; = 0o SO SÁNH CP 3D và 2D gốc cánh (THỰC NGHIỆM, LẬP TRÌNH)
Hình 3.17. Hệ số áp suất 3D và 2D hàng lỗ gốc cánh – so sánh kết quả
thực nghiệm và lập trình số (cánh b/c=2,6; profil Naca 0012; = 0o
)
Thực nghiệm 4: Cánh 2b/c=5,2; Naca 0012; = 2o SO SÁNH CP 3D và 2D gốc cánh (THỰC NGHIỆM, LẬP TRÌNH)
Hình 3.18. Hệ số áp suất 3D và 2D hàng lỗ gốc cánh – so sánh kết quả
thực nghiệm và lập trình số (cánh b/c=2,6; profil Naca 0012; = 2o
38
Với profil cánh đối xứng, ở góc tới 2 độ, độ chênh áp suất giữa lưng và bụng đã xuất hiện nhưng không lớn. Kết quả thực nghiệm và kết quả số lập trình gần như giống nhau. Trên đồ thị phân bố 3D về hệ số áp suất có thể thấy diện tích hiệu dụng do độ chênh áp phía bụng và phía lưng cánh lớn nhất ở gốc cánh và ở mút cánh rất nhỏ. Tuy nhiên ảnh hưởng của xoáy mút cánh do dịng chuyển động từ phía bụng lên phía lưng chỉ ảnh hưởng mạnh ở 2 tiết diện gần mút cánh. Điều này cho thấy, ở góc tới nhỏ hiệu ứng mút cánh nhỏ hơn so với góc tới lớn.
Thực nghiệm 5 (hình 3.19): Thực nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca 0012, góc
tới 8 độ.
Đây là một trường hợp góc tới tương đối lớn, tách thành đã xảy ra trên lưng cánh nhưng chưa mạnh và hệ số lực nâng vẫn tăng theo góc tới, nhưng tốc độ tăng giảm (độ dốc đường lực nâng theo góc tới giảm nhẹ). Kết quả thực nghiệm và tính tốn lập trình số giống nhau. Kết quả phân bố 3D về hệ số áp suất trên cánh ở hình 3.19 cho thấy với góc tới 8 độ, ảnh hưởng của hiệu ứng mút cánh rất mạnh chi phối đến tận gốc cánh. Kết quả trên hình cho thấy, diện tích hiệu dụng gây nên do độ chênh áp phía bụng và phía lưng là rất lớn ở gốc cánh, nhưng nó giảm mạnh dần ra mút cánh. Điều này dẫn tới hình dạng đồ thị hệ số lực nâng có một điểm cực đại tại gốc cánh và giảm liên tục theo một đường cong vồng để đạt giá trị 0 tại mút cánh.
Thực nghiệm 6 (hình 3.20): Thực nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca 4412, góc
tới 0 độ.
Đây là trường hợp cánh bất đối xứng, nên với góc tới 0 độ vẫn tồn tại diện tích hiệu dụng về độ chênh áp suất giữa bụng cánh và lưng cánh. Một điều có thể thấy trên đồ thị phân bố 3D về hệ số áp suất trên hình 3.20 là mặc dù diện tích hiệu dụng khá lớn, nhưng phân bố 2D của chúng gần giống nhau ở dọc theo sải cánh, trừ vài vị trí sát mút cánh. Điều
Thực nghiệm 5: Cánh 2b/c=5,2; Naca 0012; = 8o SO SÁNH CP 3D và 2D gốc cánh (THỰC NGHIỆM, LẬP TRÌNH)
Hình 3.19. Hệ số áp suất 3D và 2D hàng lỗ gốc cánh – so sánh kết quả
thực nghiệm và lập trình số (cánh b/c=2,6; profil Naca 0012; = 8o
39
này cho thấy, ảnh hưởng của xốy mút cánh ít lan tới gốc cánh. Đồ thị phân bố hệ số lực nâng trên sải cánh có dạng gần như khơng đổi trên chiều dài sải cánh và giảm mạnh tại vài tiết diện gần mút cánh để về giá trị bằng không tại mút cánh.
Thực nghiệm 7 (hình 3.21): Thực nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca 4412, góc
tới 2 độ.
Kết quả thực nghiệm và kết quả số trên hình 3.21 cho thấy, so với trường hợp góc tới 0 độ ở hình 3.20, với góc tới 2 độ diện tích hiệu dụng tạo nên do độ chênh áp phía bụng và lưng cánh tăng và hiệu ứng xoáy mút cánh đã ảnh hưởng sâu hơn về phía gốc cánh.
Thực nghiệm 6: Cánh 2b/c=5,2; Naca 4412; = 0o SO SÁNH CP 3D và 2D gốc cánh (THỰC NGHIỆM, LẬP TRÌNH)
Hình 3.20. Hệ số áp suất 3D và 2D hàng lỗ gốc cánh – so sánh kết quả
thực nghiệm và lập trình số (cánh b/c=2,6; profil Naca 4412; = 0o
)
Thực nghiệm 7: Cánh 2b/c=5,2; Naca 4412; = 2o SO SÁNH CP 3D và 2D gốc cánh (THỰC NGHIỆM, LẬP TRÌNH)
Hình 3.21. Hệ số áp suất 3D và 2D hàng lỗ gốc cánh – so sánh kết quả
thực nghiệm và lập trình số (cánh b/c=2,6; profil Naca 4412; = 2o
40
Thực nghiệm 8 (hình 3.22): Thực nghiệm này thực hiện trên cánh profil Naca 4412, góc
tới 4 độ.
Có thể nhận thấy từ kết quả thực nghiệm và tính tốn số trên hình 3.22 là với trường hợp góc tới 4 độ của cánh có profil Naca 4412, diện tích hiệu dụng của độ chênh áp suất phía bụng và lưng cánh có khoảng mở lớn và áp lực dàn tương đối đều trên chiều dây cung profil, điều này khác so với cánh có profil Naca 0012 với góc tới 4 độ (áp lực lớn tập trung gần phía mép vào). Ảnh hưởng của hiệu ứng xoáy mút cánh tràn sâu hơn vào phía gốc cánh so với trường hợp góc tới 2 độ.
