Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Kích thước khoang khí/hơi

Kích thước khoang khí/hơi

Tải bản đầy đủ - 0trang

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



32



dựng (xem hình 1.34 dưới đây [24]). Trong đó, phương trình chuyển động của vật thể

được tính toán từ tương tác của các lực và mơ men trong q trình chuyển động.



Hình 1.34. Mô tả một vật thể 3D trong hệ không gian Đề các

1.5.2.3. Các công cụ mô phỏng số

Nhiều nghiên cứu sử dụng các công cụ mô phỏng số như OpenFOAM [40, 4344], ANSYS Fluent [10, 21], UNCEL code [25-26] để tính tốn mơ phỏng dòng chảy

có khoang khí/hơi quanh các vật thể chuyển động trong chất lỏng (ví dụ như Hình 1.35

[21] và 1.36 [25] dưới đây).



Hình 1.35. Mơ phỏng CFD dòng chảy quanh vât thể di chuyển từ khơng khí vào trong

nước bằng ANSYS Fluent



Hình 1.36. Mơ phỏng dòng chảy khoang khí/hơi quanh một vật thể tạo khoang khí/hơi

nhân tạo bằng công cụ UNCEL code



33



1.5.3. Một số vấn đề nghiên cứu

1.5.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm

- Hệ ống thủy động quy mơ lớn dòi hỏi chi phí xây dựng cao nên khơng nhiều

cơ sở nghiên cứu có thể trang bị được.

- Mơ hình vật thể nhỏ khó chế tạo, khó đo áp suất nên dù chi phí có thể thấp

hơn nhưng vẫn có nhiều hạn chế.

- Cấu trúc dòng chảy và cơ chế hoạt động ở vị trí khoang khí/hơi đóng lại còn

chưa được làm rõ

- Việc quan sát bằng camera chưa phản ánh được đặc điểm ba chiều trong

không gian của khoang khí/hơi

- Hiện nay, việc đo đạc trường vận tốc của dòng chảy có khoang khí/hơi cơ bản

vẫn còn nhiều khó khăn do dòng chảy có tốc độ và mức độ rối lớn. Ngay cả phương

pháp PIV cũng mới chỉ nghiên cứu dòng chảy rối phía sau khoang khí/hơi.

1.5.3.2. Nghiên cứu ly thuyết

- Tính nén được thường phải bỏ qua trong các nghiên cứu, hầu hết các nghiên

cứu chưa quan tâm đến trường hợp chuyển động ở vận tốc trên âm (vận tốc âm trong

nước trên 1400m/s)

- Tính toán CFD bài toán chuyển động của vật thể trong dòng chảy có khoang

khí/hơi đặt ra vấn đề về tối ưu hóa về cả lưới tính tốn và phương pháp tính do chuyển

động của vật thể ở vận tốc lớn, cấu trúc dòng chảy phức tạp: nhiều pha, nhiễu động

lớn, tính nén cần phải được xem xét kỹ lưỡng….

- Các mơ hình dòng chảy rối tại phần khoang khí/hơi đóng lại và vết (wake)

phía sau còn chưa được kiểm chứng do thiếu dữ liệu thực nghiệm.

1.5.3.3. Khả năng nghiên cứu dòng chảy có khoang khí/hơi trong điều kiện nước ta

hiện nay

a) Những hạn chế và khó khăn

-



-



Để tạo được dòng chảy có khoang khí, dòng chảy cần đạt vận tốc lớn để hình

thành được vùng giảm áp đủ lớn để lượng khí nhân tạo bơm vào có thể tập trung

lại hình thành nên một khoang khí/hơi liên tục. Đồng thời vận tốc quá thấp khiến

ảnh hưởng của trọng trường trở nên rõ rệt.

Để xây dựng những hệ thiết bị lớn, sẽ cần kinh phí lớn. Nhưng khi xây dựng

những hệ ống thủy động cỡ nhỏ, vật thể tạo khoang khí/hơi cũng bị hạn chế về

kích thước. Điều đó dẫn đến việc chế tạo những đường ống dẫn khí nhân tạo, đầu

đo áp suất trên bề mặt vật thể khó khăn hơn bởi kích thước cũng không thể quá

lớn.



34



b) Những thuận lợi và khả năng khắc phục khó khăn

Hiện nay, nước ta đã có những cải thiện về điều kiện nghiên cứu so với trước đây,

dưới đây xin nêu một số điểm thuận lợi mà ta có đối với việc nghiên cứu dòng chảy có

khoang khí/hơi.





Điều kiện về cơ sở vật chất

-



-



-







Các phòng thí nghiệm với nhiều trang thiết bị hiện đại, các đầu đo áp suất,

máy ảnh tốc độ cao, hệ thiết bị PIV, đầu đo nhiệt độ … giúp thực hiện các đo

đạc cần thiết

Chương trình mơ phỏng dòng chảy mã nguồn mở OpenFOAM cho phép tự

do sự dụng với mục đích bất kỳ có thể phục vụ tốt quá thiết kế, dự đoán khả

năng hoạt động của hệ thống.

Những nguyên liệu cần thiết phục vụ cho xây dựng một hệ ống thủy động

như đường ống dẫn, ống thu, ống xả, ống trong suốt, máy bơm, van, … hồn

tồn có thể mua trên thị trường hoặc chế tạo trong nước.



Điều kiện về con người

-



Đội ngũ nghiên cứu viên được đào tạo bài bản, có kiến thức chun mơn,

nhiều người được đào tạo tại nước ngoài đang làm việc tích cực

Các cán bộ nghiên cứu có kinh nghiệm sử dụng phần mềm và thiết bị hiện

đại phục vụ nghiên cứu.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Kích thước khoang khí/hơi

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×