3.5 Kết quả tính tốn mơ phỏng
Kết quả mơ phỏng được tính tốn cho bài tốn dịng khí chảy qua cơ cấu cánh high-lift 2D, dịng chảy có vận tốc 0,17M và góc tấn 5,50. Các kết quả về khí động và âm học được phân tích, trong đó mơ hình lan truyền âm thanh được tách ra khỏi bài tốn khí động. Trước hết, bài tốn dịng chảy dừng sẽ được tính tốn sử dụng mơ hình rối RANS là k − ω SST. Mơ hình này tính tốn tốt cho cả vùng gần và xa tường. Các đặc tính khí động của cánh được khảo sát. Kết quả ổn định của bài tốn dịng chảy dừng sẽ là điều kiện khởi tạo cho bài tốn mơ phỏng dịng chảy khơng dừng. Ở bài tốn nay, mơ hình mơ phỏng xốy lớn LES được sử dụng. Mơ hình này cho kết quả tính tốn tốt đối với các đại lượng khơng dừng như các xốy khí động hay các nhiễu động trong miền chất lưu. Mơ hình âm học ghi nhận các nhiễu động từ bài tốn dịng chảy khơng dừng tại các bề mặt được xác định là nguồn phát. Các dữ liệu về âm học được sử dụng để tính tốn cho bài tốn lan truyền âm thanh, tại đó ta có thể đo được các đại lượng âm học tại bất kỳ vị trí vào trong miền tính tốn. Sau đây, ta sẽ xem xét các kết quả tính tốn mơ phỏng.
42
3.5.1 Bài tốn khí động
Bài tốn khí động được khảo sát dựa trên kết quả của mơ hình tính tốn mơ phỏng dịng chảy dừng sử dụng mơ hình rối k − ω SST. Các kết quả khảo sát bao gồm các hệ số lực nâng và lực cản, phân bố hệ số áp suất trên bề mặt cánh và phân bố động năng rối. Các kết quả bài tốn khí động được trích xuất là giá trị hội tụ. Giá trị hội tụ của mơ hình số được hiểu là khi số vịng lặp chảy bộ giải tiến tới vơ cùng, kết quả tính tốn trả ra là khơng thay đổi khi tiếp tục thực thi bộ giải. Độ hội tụ nghiệm số của bộ giải được quan sát theo giá trị hệ số lực nâng và hệ số lực cản thay đổi theo số vịng lặp và được trình bày tại Hình 3.9. Qua quan sát có thể thấy rằng từ khoảng vòng lặp thứ 30000 trở đi, các kết quả hệ số lực nâng và hệ số lực cản tiệm cận về một giá trị hữu hạn, giá trị này là nghiệm số hội tụ và được trích xuất làm kết quả tính tốn mơ phỏng.
Bảng 3.4 trình bày kết quả tính tốn hệ số lực nâng 𝐶𝐿 và hệ số lực cản 𝐶𝐷 của cơ cấu cánh high-lift. Kết quả tính tốn mơ phỏng được so sánh với kết quả thực nghiệm trong buồng thổi được cơng bố tại tài liệu [28] và kết quả tính tốn mơ phỏng được cơng bố tại tài liệu [29]. Trong đó sai lệch lớn nhất về giá trị hệ số lực nâng là 1,8% khi so sánh với giá trị thực nghiệm công bố tại tài liệu [28]. Hệ số lực cản có sai số so với kết quả tính tốn mơ phỏng cơng bố tại tài liệu tham khảo [29] là 0,4%. Qua so sánh có thể thấy mơ hình tính tốn mơ phỏng cho kết quả tốt ở cả giá trị hệ số lực nâng và hệ số lực cản. Phân bố hệ số áp suất trên bề mặt cơ cấu cánh high-lift trích xuất từ mơ hình mơ phỏng được trình bày ở Hình 3.10 và được so sánh với phân bố áp suất trên bề mặt cánh được công bố tại tài liệu [28] ở Hình 3.11. Qua so sánh ta thấy kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm là tương đồng cả về dạng phân bố và giá trị hệ số áp suất tại mỗi vị trí. Các kết quả so sánh về hệ số lực và phân bố hệ số áp suất phản ánh độ tin cậy của mơ hình tính tốn mơ phỏng về khả năng tính tốn các giá trị lực khí động và phân bố áp suất.
Hình 3.9: Giá trị hệ số lực cản và hệ số lực nâng thay đổi qua số vòng lặp thực thi Bảng 3.4: Kết quả hệ số khí động Hệ số Kết quả mô phỏng Kết quả thực nghiệm tham khảo [28] Kết quả mô phỏng
tham khảo [29] Sai lệch
𝐶𝐿 2,871 2,82 N/A 1,8%
43
Hình 3.10: Phân bố hệ số áp suất trên bề mặt cánh trích xuất từ mơ hình mơ phỏng
Hình 3.11: Phân bố hệ số áp suất được công bố tại tài liệu [28]
Kết quả mơ phỏng khí động trên mơ hình k − ω SST được so sánh với hai mơ hình rối khác là k − ε Realizable (RKE) và Spalart Allmaras (SA) để kiểm tra khả năng tính tốn giữa các mơ hình rối. Phương pháp thực hiện là chỉ thay đổi lựa chọn mơ hình rối trong bộ giải, các thiết lập khác trong bộ giải được giữ nguyên và giống nhau cho cả ba trường hợp. Các tùy chọn trong thiết lập mơ hình rối được giữ mặc định đối với cả ba mơ hình rối. Kết quả hệ số lực nâng và hệ số lực cản tính tốn trên ba mơ hình rối được trình bày trong Bảng 3.5. So sánh hệ số áp suất trên bề mặt cơ cấu cánh thu được từ ba mơ hình rối được thể hiện trên Hình 3.12. Các kết quả cho thấy cả ba mơ hình rối có khả năng tính tốn tốt, cho sai số nhỏ khi so với kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, các kết quả so sánh hệ số lực cho thấy mơ hình rối k − ω SST cho sai số nhỏ nhất và kết quả phân bố hệ số áp suất cũng cho thấy kết quả của mơ hình rối k − ω SST (đường màu đỏ) bám sát với kết quả thực nghiệm hơn so với hai mơ hình rối còn lại.
44
Bảng 3.5: So sánh các kết quả hệ số lực tính tốn trên ba mơ hình rối khác nhau
k − ω SST k − ε Realizable Spalart Allmaras
𝐶𝐿 𝐶𝐷 𝐶𝐿 𝐶𝐷 𝐶𝐿 𝐶𝐷
Kết quả
mô phỏng 2,871 0,0448 2,873 0,0443 2,882 0,0462 Sai số so với
giá trị tham khảo 1,8% 0,4% 1,88% 1,56% 2,20% 2,67%