Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Phương pháp đo trường vận tốc dòng chảy bằng phương pháp PIV

Phương pháp đo trường vận tốc dòng chảy bằng phương pháp PIV

Tải bản đầy đủ - 0trang

28



Hình 1.26. Sơ đồ nguyên ly của phương pháp đo đạc PIV

Trong trên chỉ ra cơ chế của phương pháp PIV. Về cơ bản phương pháp PIV sử

dụng các camera có tốc độ cao để chụp 2 ảnh liên tiếp của dòng chảy, hai bức ảnh này

được chụp cách nhau một khoảng thời gian Δt. Các hạt nhận diện được trộn lẫn vào

dòng chảy và chúng phản xạ lại ánh sáng được chiếu vào dòng chảy. Hình ảnh thu

được sẽ là các điểm sáng do các hạt nhận diện này phản xạ tới camera. Việc tính toán

khoảng cách di chuyển của hạt nhận diện giữa hai bức ảnh, với thời gian đã biết từ

trước, ta có thể tính tốn vận tốc của hạt nhận diện cũng là vận tốc của dòng chảy tại vị

trí của hạt nhận diện.

(1.8)

Trong nghiên cứu của Wornik (2013), phương pháp PIV đã được sử

dụng để nghiên cứu trường vận tốc của dòng chảy rối phía sau khoang khí. Các Hình

1.27 và 1.28 dưới đây [62] mô tả bố trí thí nghiệm và kết quả phân tích PIV trong

nghiên cứu của Wornik.



Hình 1.27. Vùng rối được đo đạc bằng phương pháp PIV



Hình 1.28. Kết quả phân tích PIV trong nghiên cứu của Wornik



29



1.5.1.4. Cấu trúc dòng chảy và cơ chế đóng khoang khí/hơi

Cấu trúc dòng chảy tại vị trí khoang khí/hơi đóng là vấn đề phức tạp, hiện vẫn

đang được quan tâm nghiên cứu và chưa thu dược nhiều kết quả. Các kết quả nghiên

cứu chủ yếu thu được từ việc quan sát bằng camera và chưa có những đo đạc định

lượng trực tiếp. Hình 1.29 dưới đây [17] mô tả đơn giản về cáu trúc bề mặt khoang

khí/hơi ở phía đuôi khi khoang khí/hơi bắt đầu đóng và khí bên trong khoang bị dòng

chảy ngồi làm cuốn ra khỏi khoang khí/hơi [17, 31].



Hình 1.29. Cấu trúc dòng chảy tại vị trí đóng khoang khí/hơi nhân tạo và độ lệch của

trục do trọng trường

Không chỉ tại vị trí đóng khoang khí, dòng chảy rối phía sau khoang khí/hơi

(xem Hình 1.30 dưới đây [22]) cũng là vấn đề còn chưa được làm rõ. Các nghiên cứu

hiện nay vẫn đang tiếp tục đi sâu làm rõ hơn cơ chế của dòng rối phía sau khoang

khí/hơi [22]. Tuy nhiên, các kết quả vẫn chủ yếu dừng lại ở việc quan sát dòng chảy và

những kết luận định tính. Chưa có nhiều kết quả mang tính chất định lượng.



Hình 1.30. Cấu trúc dòng chảy khi khoang khí/hơi đóng và dòng xốy phía sau khoang

khí/hơi.

1.5.1.5. Hình dạng và kích thước khoang khí/hơi





Hình dạng khoang khí/hơi



Từ các cơng thức bán thực nghiệm, ta đã thấy hình dạng và kích thước của

khoang khí/hơi đều phụ thuộc vào kích thước của đầu dính ướt. Ngoài ra, hệ số cản CD

cũng là tham số phụ thuộc vào hình dạng của vật thể và đầu dính ướt. Các Hình 1.31

dưới đây [31] mơ tả một số dạng đầu dính ướt thơng thường.



30



b) Dạng cơn

Hình 1.31. Khoang khí/hơi hình thành với một số dạng thân và đầu vật thể.

Với những dạng đầu dính ướt thông thường này, dòng chảy sẽ phát sinh dòng

chảy ngược ở đi của khoang khí/hơi dẫn đễn một lực cản đối với chuyển động của

vật thể. Để hạn chế dòng chảy ngược phát sinh thêm này, một dạng đầu dính ướt đặc

biệt (xem Hình 1.33 dưới đây [31]) có thể được sử dụng trong thiết kế các vật thể sinh

khoang khí/hơi



Hình 1.33. Khoang khí/hơi với đầu dính ướt dạng đặc biệt





Kích thước khoang khí/hơi



Biểu thức 1.9 mô tả sự phụ thuộc của chiều dài và đường kính lớn nhất của khoang

khí/hơi vào số khoang, hệ số cản của dạng đầu dính ướt do Grabedian đề xuất năm

1956 [18]. Đến nay, một số biểu thức khác đã được đề xuất nhưng nhiều nghiên cứu

vẫn sử dụng biểu thức 1.9 để kiểm chứng kết quả.



Lc = Dc



CD 1

C

ln ; Dmax = Dc D ; CD = CD0 (1 + σ )

σ σ

σ



(1.9)



Trong đó: là hệ số lực cản; là hệ số lực cản khi và thường được xác định bằng

thực nghiệm, giá trị của nó phụ thuộc vào hình dạng của đầu dính ướt; là đường kính

đầu dính ướt của vật thể.

1.5.1.6. Sự dãn nở của chất lỏng khi vật thể di chuyển có khoang khí/hơi

Một số nghiên cứu đã quan sát chuyển động của vật thể ở vận tốc trên âm trong

nước (ví dụ như Hình 1.33 dưới đây [31]).



31



Hình 1.33. Quan sát vật thể di chuyển trong nước với vận tốc âm (Mach=1.03)

1.5.2. Nghiên cứu ly thuyết

1.5.2.1. Phương trình Rayleigh – Lamb cho động lực học của bọt khí dạng hình cầu

Trong quá trình hình thành khoang khí/hơi, những bọt khí/hơi nhỏ xuất hiện và

tăng dần kích thước. Phương trình Rayleigh – Lambl cho tốc độ phát triển của một bọt

khí/hơi hình cầu trong dòng chảy được mơ tả trong phương trình (1.10) dưới đây

[17,33].

2



d 2 RB 3  dRB   pB − p∞  2S

RB 2 + 

÷−

÷ =

dt

2  dt   ρ l  ρ l RB



(1.10)



Trong đó: RB là bán kính bọt hơi hình cầu; pB là áp suất trong bọt hơi; ρl là khối

lượng riêng của chất lỏng; S là sức căng bề mặt.

Coi chất lỏng là ly tưởng, bỏ qua số hạng bậc hai và sức căng bề mặt, phương

trình (1.10) được đơn giản thành:



dRB

2 pB − p∞

=

dt

3 ρl



(1.11)



Coi áp suất trong bọt khí pB bằng áp suất hơi bão hòa pv. Khi đó, với pB=pv

phương trình (1.11) trở thành:



dRB

2 pv − p∞

=

dt

3 ρl



(1.12)



Phương trình (1.12) thường được sử dụng trong các tính tốn mơ phỏng số [17].

1.5.2.2. Chuyển động của vật thể duới nước khi có khoang khí/hơi

Để mơ tả chuyển động của các vật thể dưới nước khi có khoang khí/hơi bao

quanh. Những mơ hình tốn tổng hợp các thành phân lực đặt lên vật thể được xây



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Phương pháp đo trường vận tốc dòng chảy bằng phương pháp PIV

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×