Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY CÓ TẠO BỌT
3.2 Xây dựng mô hình vật lý và thử nghiệm
Hệ thống thí nghiệm tạo khoang hơi đã được xây dựng, mô hình như trong Hình 3.1. Bộ phận cung cấp vận tốc (1) đẩy vật từ ngoài vào trong bể chứa chất lỏng (2), hình ảnh vật chuyển động trong chất lỏng được ghi lại bằng một camera tốc độ cao (3).
Hình 3.1 Mô hình tổng quát minh họa hệ thống đo đạc khoang hơi Hệ thống đo đạc gồm các bộ phận chính sau:
1. Bộ phận phóng ngoài – Súng hơi 3. Camera
2. Bể chứa chất lỏng 4. Các vật tiến hành thí nghiệm
3.2.1 Bộ phận phóng ngoài – Súng hơi
- Chiều dài 1.57 m, cấu tạo gồm 3 bộ phận: buồng đốt làm từ nhựa PVC, bộ phận đánh lửa và nòng bằng inox như trong Hình 3.2
- Nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên lý đốt trong và nén đẩy. Cho một lượng cồn vào trong buồng chứa, sau đó bật tia lửa điện để đốt cháy cồn tạo ra một lực nén đẩy bằng hơi đẩy vật thể được lắp vào đầu nòng của thiết bị đi xa mà không tạo ra tiếng nổ lớn.
(1) (2)
(3)
43
(a) Các bộ phận của súng hơi (b) Mô hình hoàn chỉnh Hình 3.2 Súng hơi
3.2.2 Bể chứa chất lỏng
- Bể chứa có dạng hình hộp chữ nhật có kích thước: dài 90 cm, rộng 30 cm, cao 30 cm;
- Bể có khung làm từ nhôm và các mặt được làm từ kính chịu lực và chịu nhiệt, trong suốt thuận tiện cho việc quan sát;
- Một lỗ thông với bên ngoài để vật thể di chuyển vào bên trong bể có đường kính 48 mm và cách mép trên của bể tính từ tâm ống là 104 mm
Hình 3.3 Mô hình bể chứa chất lỏng
3.2.3 Máy quay tốc độ cao
Để ghi lại hình ảnh khoang hơi, nghiên cứu dùng một máy quay camera (Hình 3.4a), có thông số kỹ thuật như cho trong Bảng 3.1. Camera có tốc độ màn trập đủ tiêu chuẩn để bắt dính hình ảnh vật đang chuyển động (1/60 giây đến 1/4000 giây). Khi tốc độ màn trập được đặt càng nhanh thì ảnh lấy nét càng rõ. Để tránh rung lắc trong quá trình ghi hình, một giá đỡ gắn cố định camera (Hình 3.4b).
44
(a) Các thiết bị máy quay (b) Giá đỡ máy quay Hình 3.4 Máy quay camera JVC GC-PX1
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của máy quay
Model name JVC GC-PX1
Bộ cảm biến hình ảnh (Image Sensor) 1/2.3" back-illuminated CMOS senso Megapixel (Số điểm ảnh hiệu dụng) 10 Megapixels
Độ dài tiêu cự (Focal Length) f = 6.7mm ~ 67.0mm
Digital Zoom (Zoom số) 10x
Optical Zoom (Zoom quang) 64x
Tốc độ ghi hình (tốc độ màn trập) Từ 1/60 giây đến 1/4000 giây
Độ lớn màn hình(inch): 3 inch
3.2.4 Các vật kiểm tra dùng trong đo đạc khoang hơi
Thí nghiệm được tiến hành trên ba mô hình vật thể. Các mô hình dạng đầu vật thể (Hình 3.5) với các số đo tương ứng. Các vật thể được làm bằng nhôm khối lượng riêng 2.7 , có dạng hình trụ tròn đường kính thân là 6.1 mm, một đầu phẳng, đầu còn lại lần lượt có hình dạng: hình phẳng, hình bán cầu và hình nón. Các mô hình vật thể có chiều dài lần lượt là 40 mm, 35 mm, 30 mm, 25 mm như trong Hình 3.6.
45
Hình 3.5 Mô hình 2D của ba dạng đầu cản của vật làm mẫu
Đầu phẳng Đầu hình bán cầu Đầu hình nón
Hình 3.6 Các mô hình vật thể dùng để đo đạc khoang hơi
3.2.5 Các thiết bị hỗ trợ khác
Đèn chiếu sáng Nhiệt kế
Hình 3.7 Các dụng cụ chiếu sáng và nhiệt kế
Hệ thống các thiết bị thí nghiệm bố chí trong phòng thí nghiệm như trong Hình 3.8. Ngoài các bộ phận chính đã trình bày, các công cụ hỗ trợ quá trình đo đạc gồm bóng đèn chiếu sáng và nhiệt kế (Hình 3.7).
46
Hình 3.8 Hệ thống thiết bị đo đạc khoang hơi trong phòng thí nghiệm