CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1. Tổng quan về đề tài Nghiên cứu tính các đặc tính động học của quả chò là tìm hiểu cách quả chò chuyển động trong không khí và các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động đó. Để hoàn thành nghiên cứu này, em phải thực hiện quy trình xử lý số liệu của nhóm nghiên cứu trước như khối lượng, chiều dài quả, góc cánh và chiều rộng cánh từ quả chò nâu có thời gian rơi tối ưu nhất. Sau khi hoàn thành xử lý số liệu, em sẽ tiến hành xây dựng mô hình quả chò để mô phỏng.
Để thực hiện bài nghiên cứu mô phỏng, nhóm đã dựa theo kết quả thực hiện của nhóm nghiên cứu trước “Nghiên cứu thực nghiệm tính chất khí động học quả chò” và các bài báo trên thế giới. Nhóm nghiên cứu trước họ đã dùng phương pháp DOE (Design of Experiments) để tiến hành thực nghiệm chọn ra được quả chò có thời gian rơi tối ưu nhất và đưa ra kết luận yếu tố Góc cánh (E) ảnh hưởng đến thời gian rơi nhất. Ở các bài báo trên thế giới họ đã nghiên cứu về mô phỏng chuyển động thẳng đứng của các loại quả chò trên thế giới, tiêu biểu là quả chò 2 cánh (Dipterocarpus alatus) và quả chò 3 cánh (Triplaris samaras), bài báo nghiên cứu về quả chò 5 cánh họ đã ứng dụng vào thiết kế cánh tubin một cách tối ưu nhất. Trong nghiên cứu này, phần mềm ANSYS FLUENT được sử dụng để mô phỏng dòng không khí xung quanh quả chò (Dipterocarpus retusus) nhằm tìm hiểu tác động của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rơi như lực cản, lực nâng, mô men xoay.
Kết quả mô phỏng cung cấp thông tin chi tiết về các lực khí động học tác động lên quả chò trong quá trình rơi, có thể được sử dụng để ứng dụng trong tất cả các ngành khoa học phục vụ nhu cầu và phát triển kinh tế, kỹ thuật, công nghệ của nhân loại. Việc phân tích và mô phỏng về quá trình rơi cũng như chuyển động thẳng đứng của quả chò để đưa ra các kết quả phân bố áp suất, vận tốc xung quanh mô hình quả chò. Mô phỏng khí động học của quả chò là dự đoán hiệu suất khí động học của mô hình quả chò này, bao gồm lực nâng, lực 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN cản và độ ổn định, đồng thời tối ưu hóa thiết kế của chúng để đạt được hiệu quả và hiệu suất tối đa.
Tóm lại, việc phân tích chuyển động của quả chò bị ảnh hưởng bởi các thành phần lực bằng phần mềm ANSYS FLUENT sẽ được thực hiện trong nghiên cứu dưới đây. Lý do chọn đề tài Hiện nay ở Việt Nam ta chưa có nhiều nghiên cứu về khí động học của quả chò. Do đó trong quá trình nhóm chúng em đã nghiên cứu và tìm hiểu qua các bài báo về quả trò trên thế giới cũng như tiếp tục nghiên cứu mà nhóm trước đã thực hiện để tiến hành mô phỏng mô hình quả chò. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu về khí động học của quả chò, họ đã nghiên cứu về những chuyển động của quả chò và những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển động.
Nhóm đã chọn quả chò, sử dụng biên dạng cánh và cấu trúc của cánh quả chò để ứng dụng vào công nghệ kỹ thuật như ngành Nhiệt (cánh quạt tản nhiệt), chế tạo máy bay, tuabin gió, cánh quạt trong công nghiệp,.Đề tài nghiên cứu mô phỏng khí động học của quả trò cho ta hiểu rõ hơn về cách quả chò di chuyển trong không khí chịu ảnh hưởng bởi các lực. Cụ thể như lực nâng, lực cản và mô men xoay là các tham số quan trọng trong mô phỏng khí động học của quả chò, chẳng hạn như các tham số được thực hiện trong ANSYS FLUENT, vì chúng đóng vai trò quan trọng trong chuyển động của dòng không khí đi qua và xung quanh quả chò. Trong ANSYS FLUENT, lực nâng, lực kéo và mô men được tính toán để cung cấp thông tin chi tiết về chuyển động của dòng không khí xung quanh quả chò, đồng thời đưa ra các thiết kế và mô hình tối ưu hóa. Khả năng dự đoán chính xác lực nâng, lực cản và mô men là rất quan trọng đối với việc thiết kế và phân tích của quả chò.
Vì vậy, em đã chọn lựa đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu đặc tính khí động học về quá trình rơi của quả chò bằng phần mềm ANSYS FLUENT”. 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN 1. Phương pháp nghiên cứu - Thực hiện mô phỏng dựa trên đồ án khóa trước: “Nghiên cứu thực nghiệm tính chất khí động học quả chò”.
- Kết hợp lý thuyết và kết quả thực nghiệm vào mô phỏng. - Sử dụng phần mềm mô phỏng ANSYS FLUENT trên máy tính. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn sự ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến dòng không khí đi qua cánh quả chò với tốc độ thấp và đưa ra một phương pháp phân tích trực quan. Quá trình sử dụng phần mềm, thu thập dữ liệu và xử lý dữ liệu giúp nắm rõ hơn về cấu tạo của quả chò.
Cuối cùng, nghiên cứu cho phép đo lường, mô hình hóa mô phỏng các vị trí chịu tác động của các lực và ứng dụng các kết quả trong nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất như kỹ thuật Nhiệt, giao thông, xây dựng, hàng không vũ trụ. Nội dung đồ án Dựa vào dữ liệu của nhóm nghiên cứu trước và phương pháp nghiên cứu của các bài báo trên thế giới về khí động học của quả chò để ứng dụng vào việc xây dựng mô hình quả chò 3D. Thực hiện đồ án tốt nghiệp đề tài “Nghiên cứu đặc tính khí động học về quá trình rơi của quả chò bằng phần mềm ANSYS FLUENT”, tiến tới mục tiêu nghiên cứu, khảo sát khí động lực học của quả chò, kết cấu và vị trí chịu tác động khí động như cánh, thân quả chò. Mô phỏng ảnh hưởng qua lại giữa vận tốc và áp suất của dòng khí.
Từ đó, tính toán vận tốc và các lực liên quan của dòng không khí. Qua đó, mô phỏng theo áp suất, vận tốc gió trên cùng 1 trục tọa độ để nhìn tổng quan được sự thay đổi vận tốc, áp suất phía trước và phía sau của quả chò, cách sử dụng một số phần mềm hỗ trợ như vẽ Auto CAD. 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Sử dụng phần mềm mô phỏng ANSYS FLUENT để mô phỏng áp suất và vận tốc xung quanh mô hình.
Nghiên cứu về những tác động lên chuyển động của quả chò như lực cản, lực nâng, moment xoay của quả chò. Để có cái nhìn tổng quan về sự phân bố áp suất và vận tốc xung quanh quả chò và cánh của quả chò khi chúng chuyển động. Để thực hiện những mục đích trên, nội dung đồ án b a o gồm các nội dung sau: - Chương I: Mở đầu. - Chương II: Cơ sở lý thuyết.
- Chương III: Xây dựng mô hình và mô phỏng số. - Chương IV: Kết luận và kiến nghị. 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Cơ sở lý thuyết về quả chò và các nghiên cứu trong và ngoài nước 2. Cơ sở lý thuyết về quả chò Giới thiệu về cây chò Tên cây: Cây chò nâu, tên khoa học (Dipterocarpus retusus) loại này được sử dụng cho mô hình mô phỏng, tán cây hình tròn, dạng lá bản, màu lá xanh nhạt. Có thời kỳ nở hoa vào tháng 9 hằng năm và hoa có màu trắng vàng nâu. Đặc điểm hình thái cây chò nâu Lá hình trái xoan hay trứng thuôn, dài 20 - 40 cm, rộng 15 – 25 cm, mép nguyên, gợn sóng, gân chính có nhiều lông cứng bị ép, gân bên 15 - 20 đôi, nhiều lông hình sao, nâu thẫm, lá kèm hình trứng màu đỏ dài 8 – 12 cm [1].1: Cây chò nâu 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.
NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hoa tự chùm, hoa to ống đài dài hơn 2 cm,cánh hoa phủ long hình sao. Quả hình trứng hay hình cầu, đường kính 2 - 3cm. hai cánh quả lớn dài 18 – 20 cm, có 3 gân nổi rõ. Hoa chò nâu kết từng chùm có màu nâu nhạt, khi hoa tàn, cánh sẽ chuyển màu nâu đậm hơn và được nắng hong khô trước khi thả mình xoay tít trong gió [2].2: Quả chò nâu (Dipterocarpus retusus) Cây chò thường ra hoa vào tháng 11 – 12 và cho quả chín vào tháng 4, thu hoạch vào tháng 8 – 10 hàng năm.
Quả chò chín rụng xuống , cánh quay theo gió nhìn đẹp, có lẽ cũng bởi vậy mà nhiều người còn gọi là quả chò bay. 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN 2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu chuyển động thẳng đứng của quả chò (Dipterocarpus alatus) bằng Tracker.
Nhóm nhà nghiên cứu bao gồm Thammarong Eadkong và cộng sự ở Đại học Walailak, Thasala, Nakhon Si Thammarat, Thái Lan đã thực hiện điều tra phân tích và thực nghiệm về chuyển động thẳng đứng của quả chò (Dipterocarpus alatus). Trong trường hợp, họ đã giả sử lực tác dụng lên quả chò chỉ phụ thuộc vào vận tốc [3].3: Quả chò (Dipterocarpus alatus) Độ cao để thả quả chò khoảng 20 đến 40 m. Sau vài giây, thân quả chò toàn bộ quả bị lật ngược để cánh định vị ở phần trên của hạt và từ lúc này, các cánh hoàn toàn chịu sức cản của không khí, nơi hạt bắt đầu quay về phía đất. 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.
NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hình 2.4: Trạng thái của quả chò trong chuyển động thẳng đứng Tại thời điểm t0 đến t* là điểm B thì hạt bắt đầu quay. Ở đây, họ đã sử dụng phần mềm phân tích Tracker để khám phá chuyển động thẳng đứng của quả chò. Họ đã thử nghiệm thả mẫu hạt giống từ độ cao cố định và chứng minh rằng chuyển động thẳng đứng của một hạt giống có thể được mô tả hoàn toàn bằng cách giả sử rằng lực cản tác dụng lên hạt chỉ phụ thuộc vào vận tốc. 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.
NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Nghiên cứu những tính chất vật lý về quá trình bay của quả chò Tiriplaris samaras.5: Quả chò (Triplaris samaras) Nghiên cứu này được thực hiện bởi Celso L. Ladera and Pedro A. Pineda vào năm 2009, họ đã tiến hành các thí nghiệm động học sơ bộ, sử dụng đồng hồ bấm giờ và một thước dây dài 5 mét thẳng đứng để thực hiện đo thời gian cho một quả chò Triplaris samara rơi và quay đạt đến các vị trí thẳng đứng được đánh dấu trước đó [4]. 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.
NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Hình 2.