THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT HÀNG KHƠNG 1
(thực hiện tại PTN Kỹ thuật Hàng khơng)
Bài thí nghiệm
Quan sát đường dòng qua các cố thể
Nhóm 4:
Nguyễn Hà Minh Hồng
Huỳnh Minh Triết
Phạm Tuấn Anh
Nguyễn Minh Dũng
Lớp: GT11HK

1.

G1101239
G1103762
G1100133
G1100629

Giáo viên hướng dẫn: TS.Lê Thị Hồng Hiếu
Ngày Nộp: 21/5/2014

Mục đích và u cầu thí nghiệm

Khảo sát đònh tính hiện tượng dòng lưu chất bao quanh cố thể. Lưu chất sử dụng trong
bài thí nghiệm là khói (do đốt nóng hơi dầu), các cố thể gồm có: trụ, cầu, tấm tròn,
profil cánh mỏng, profil cánh NACA có flap. Bài thí nghiệm giúp sinh viên có được cái
1


nhìn đònh tính, từ đó kết hợp với các kiến thức được trang bò từ môn Khí Động Lực Học
để giải thích sâu hơn các vấn đề liên quan đến lớp biên, sự tách rời lớp biên, sự hình

thành các xoáy do tách rời lớp biên…
2.

Mơ tả thí nghiệm

Hầm khói được mơ tả như hình 1. Quạt điện có thể thay đổi vận tốc được đặt ở phía trên
cùng để hút khơng khí qua test section có kích thước 102x178x254 mm.

Hình 1. Hầm khói

Hình 2. Bộ phận tạo khói

a.Cấu tạo hầm khói từ trên xuống
-Fan Motor : quạt điện có thể thay đổi vận tốc ,được đặt ở trên cùng dùng để hút khơng
khí qua test section
-Test section: là nơi đặt cố thể ,có dạng hình hộp, có một mặt được bao bằng tấm nhựa
trong suốt để ta có thể quan sát đường dòng đi qua cố thể
2


Light : là nguồn sáng gồm những bóng đèn cung cấp ánh sáng cho test section
-Black Rubber Hose: là ống nhựa màu đen,dùng để dẫn dầu,sau đó có khói sinh ra đi vào
strut nằm trước vùng dòng khí đi vào test section
-Black Rubber Squeeze Bulb & Strut: tay cầm màu đen dùng để điều chỉnh hướng của
dòng khí đi qua test section
-Light : công tắt đèn
-Fan: công tắc khởi động quạt
-Fan speed: dùng để điều chỉnh tốc độ
-Smoke Gen:công tắc khởi động chế độ tạo khối
b.Cách tạo và thay đổi vận tốc dòng lưu chất

-Khi ta tăng tốc độ quạt thì lưu lượng không khí qua test section tăng và vận tốc khói tăng
( diện tích mặt cắt ngang không đổi).

Q=VA
- Để có được trường vận tốc qua phần test section đều thì lưu lượng dòng khí ,tiết diện vùng
khảo sát phải đều,tốc độ quay của cánh quạt phải luôn ổn định ,vùng khảo sát phải kín để
tránh gió bên ngoài làm ảnh hưởng đến đường dòng khảo sát.
- Trong bài thí nghiệm thì trường vận tốc qua test section của hầm khối là chưa đều Nếu
được thiết kế lại thì theo nhóm em thì nên mở rộng test section để tăng tiết diện vùng khảo
sát, làm kín test section và thường xuyên kiểm tra, vệ sinh để tránh hiện tưởng gỉ sét.

c.Những ảnh hưởng khác liên quan đến cấu tạo hầm khói
Còn một vài chỗ hở trên hầm khói gây nhiễu khói
-Không điều chỉnh chính xác góc tới của cánh NACA 2412 với bước thay đổi là 3o
-Thay đổi màu sắc ánh sang của đèn để quan sát hiện tượng rõ hơn
-Khó điều chỉnh cố thể sao cho dòng khói đi qua tâm của cố thể
3


Hình 3. Biểu thị mối quan hệ vận tốc dòng khí tại test
section và phần tram Volt của motor quạt

3.Tiến hành thí nghiệm
Các cố thể được sử dụng để tiến hành thí nghiệm được mô tả như hình 4.

4


Hình 4. Các cố thể làm thí nghiệm


Các bước tiến hành thí nghiệm:
1.

2.

Cắm dây điện nguồn của thiết bị thí nghiệm. Kiểm tra lượng dầu trong ống hình chữ
U. Bật công tắc nguồn và điều chỉnh quạt ở tốc độ trung bình 40. Chuẩn bị camera để
chụp hình quan sát dòng khí (Camera phải để cố định để tiện theo dõi). Đợi cho thấy
có khói đi qua “test section” thì chuẩn bị bước 2.
Tiến hành thí nghiệm với các cố thể khác nhau với các vận tốc khác nhau của quạt
(40, 60, 80, 100)
a. Hình trụ
b. Tấm phẳng hình chữ nhật
c. Hình cầu: tiến hành để vị trí của thanh đỡ ở các vị trí khác nhau: 0, 90, 180.
d. Airfoil NACA 2412: Thay đổi góc tới từ -15 đến 15 độ, với bước thay đổi là 3
độ.

4.Báo cáo thí nghiệm
4.1 Cấu tạo hầm khói
5


a. Mô tả cấu tạo Hầm Khói, nêu rõ chức năng của từng bộ phận, sơ đồ khối quan hệ
giữa các bộ phận này.
Hầm khói có cấu tạo tương tư như một ống khí động, có thiết bị để tạo khói ở trước phần
Test Section. Gồm các bộ phận chính sau:
- Fan Motor: motor quạt hút khói, đặt trên đầu hầm khói để hút khói. Tốc độ của fan motor
thay đổi cũng sẽ làm tốc độ của dòng khói thay đổi. Đường kính của Fan là 127mm.
- Test Section: phần tiết diện trong hầm khói dùng để quan sát cố thể nhờ có nắp trong suốt
bằng kính kích thước Test Section là 102x178x254mm

- Lights: là hệ thống gồm các bóng đèn, nhằm mục đích chiếu sáng cho Test Section để có
thể quan sát được đường dòng khói qua cố thể. Lights được lắp 2 bên Test Section và có
những khe hở để thoát nhiệt.
- Black Rubber Hose: dây dẫn dầu. Dầu khi được nung nóng sẽ tạo khói và được dẫn bởi
dây để đưa vào Test Section.
- Black Rubber Squeeze Bulb & Strut: tay cầm dùng để điều chỉnh phương hướng dòng
khói theo phương ngang
- Light: công tắc đèn
- Fan: công tắc khởi động quạt
- Fan Speed: dùng điều chỉnh tốc độ của Fan Motor (Fan Speed chỉ có thể điều chỉnh được
sau khi bật công tắc Fan )
- Smoke Gen: công tắc khởi động chế độ tạo khói (khi bật công tắc này thì dầu sẽ bắt đầu
được đốt và tạo khói)
b. Nói rõ hơn về cách tạo và thay đổi trường vận tốc dòng lưu chất qua vùng Test
Section của Hầm Khói. Làm thế nào để có được trường vận tốc dòng qua vùng này là
đều. Theo anh/chị, trường vận tốc dòng qua Test Section của Hầm Khói hiện tại có đều
không? Nếu được thiết kế lại thì anh/chị sẽ hiệu chỉnh gì so với cấu tạo hiện tại của nó?
Để thay đổi trường vận tốc trong Test Section, ta thay đổi vận tốc của quạt. Cụ thể như sau:
- Khi vận tốc quạt tăng, lưu lượng không khí qua quạt tăng. Theo nguyên tắc bảo toàn lưu
lượng thì với cùng diện tích mặt cắt ngang tại Test Section thì khi lưu lượng tăng dẫn đến
vận tốc trong Test Section tăng theo. Ngược lại khi vận tốc quạt giảm.
- Ở trước và sau Test Section có đặt tấm lưới tổ ong để làm dòng đều, hướng trục. Tạo
profile vận tốc đều đi qua Test Section và không bị ảnh hưởng bởi các xoáy tạo ra bởi quạt
phía trên.
6


Các dòng khói ở gần thành hầm khói ở Test Section không đều, bị xoáy trước khi đến cố
thể. Vì thế chất lượng dòng ở Test Section hiện tại không tốt do sự gia tăng bề dày lớp biên.
c. Theo anh/chị, những ảnh hưởng khác liên quan đến cấu tạo của Hầm Khói hiện tại

đối với kết quả quan sát khi làm thí nghiệm (nếu có) là gì?
- Tấm kính chắn để quan sát bị xước và mờ gây khó khăn trong việc chụp ảnh, quan sát.
- Dòng khói không đều ở gần thành vùng Test Section.
- Không đo được chính xác các kích thước hình học của các cố thể làm thí nghiệm.
- Không đo được góc gập của flap, góc tới của cánh
- Đặt cố thể không ở tâm Test Section.

4.2 Kết quả thí nghiệm
a. Tính số Re cho các trường hợp làm thí nghiệm

Trong đó:

μ: hệ số nhớt động lực học (kg/ms)
T: nhiệt độ phòng thí nghiệm (T=31oC=304K)

Do đó:

(kg/ms)

Công thức tính số Re:

Trong đó:

μ: hệ số nhớt động lực học (kg/ms)
ρ: khối lượng riêng không khí (1.575 kg/m3)
V: vận tốc không khí (m/s)
D: kích thước đặc trưng của cố thể (m)

Hình cầu
0.04m


Hình trụ
0.045m

Cánh không flap
0.068m

Cánh có flap
0.097m

Số Re của các cố thể trong các trường hợp:
%Volt

V (m/s)

Hình cầu

Hình trụ

40

1.25

3111.56

3500.5
7

Cánh không
flap

5289.65

Cánh có flap
7545.53


60
80
100

2.55
3.5
4.4

6347.58
8712.37
10952.69

7141.53
9801.41
12321.77

b.Quan sát hình chụp và giải thích hình dạng đường dòng
•
•

Khối trụ

8


10790.89
14811.02
18619.57

15392.88
21127.49
26560.27


(a) 40%

(b) 60%

(c) 80%

(d) 100%

Hình 5: đường dòng qua cố thể hình trụ ở các chế độ làm việc khác nhau của quạt
Nhận xét:
Tại vận tốc 40%, ta thấy khói ở chế độ rối do không khí chưa kịp di chuyển đến cố thể thì
đã bị tách rời từ rất sớm.
Từ vận tốc 60% đến 100% Volt, ta quan sát được đường dòng bao quanh cố thể và vết hậu
lưu rõ hơn.
Khi ta tăng vận tốc dòng khói, hiện tượng tách rời lớp biên sẽ diễn ra sớm hơn, đường dòng
bao quanh cố thể ít hơn và các xoáy phía sau cố thể ở phía xa và dài hơn.

•

Hình cầu


9


(a) 40%

(b) 60%

(c) 80 %

(d) 100%

Hình 6: đường dòng qua cố thể hình trụ ở các chế độ làm việc khác nhau của quạt
Nhận xét:
Tại vận tốc 40%, ta thấy khói ở chế độ rối do không khí chưa kịp di chuyển đến cố thể thì
đã bị tách rời từ rất sớm.
Từ vận tốc 60% đến 100% Volt, ta quan sát được đường dòng bao quanh cố thể và vết hậu
lưu rõ hơn.
Khi ta tăng vận tốc dòng khói, hiện tượng tách rời lớp biên sẽ diễn ra sớm hơn, đường dòng
bao quanh cố thể ít hơn và các xoáy phía sau cố thể ở phía xa và dài hơn.
•

Đĩa tròn:

Nhận xét:
Với đĩa tròn tại vận tốc 40% thì đường dòng rất mờ, khi tăng đến 60% sẽ thấy một vùng
mở rộng phía mặt trên của đĩa do tách rời lớp biên tại mép ngoài của đĩa tròn.
Khi vận tốc 80 và 100% Volt , vùng mở rộng càng lớn và xoáy mặt trên đĩa dài ra thêm.
•

Cánh gỗ trắng:


Nhận xét:
Ở vận tốc 40% , dòng rối ngay tại mép trước cánh
Khi ta tăng dần vận tốc, các đường dòng ôm lấy bề mặt cánh về phía trước. Hai bên mép
cánh cũng có các đường dòng ôm sát theo biên dạng cánh, vết hậu lưu càng dài khi ta tăng
dần vận tốc dòng khói.
•

Cánh có flap, góc tới bằng 0

Nhận xét:
Ở vận tốc 40% Volt, dòng rối ngay tại mép trước cánh
Khi ta tăng dần vận tốc, hiện tượng tách rời lớp biên xuất hiện ở mặt trên và mặt dưới cánh.
càng tăng vận tốc, dòng khói càng tách xa khỏi mép cánh, uốn cong theo hai mặt cánh, nhất
là mặt trên cánh.
•

Cánh có flap, góc tới dương

Nhận xét:
10


Hiện tượng tách rời lớp biên xảy ra rõ ràng hơn, tách rời lớp biên tại mặt trên xảy ra sớm
hơn đối với trường hợp góc tới bằng 0.
Ở mặt dưới điểm tách rời lớp biên dời ra phía sau so trường hợp góc tới bằng 0.
Phía sau đuôi flap xuất hiện xoáy.
•

Cánh có flap, góc tới âm


Nhận xét:
Hiện tượng tách rời lớp biên xảy ra sớm ở mặt dưới của cánh, ở mặt trên đường dòng chạy
dọc và uốn cong theo bề mặt cánh. Càng gần flap dòng khói càng thu hẹp và sắc nét.

11


12