Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
GIỚI THIỆU VỀ LƯU CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP CFD
Cơ học lưu chất hay còn gọi là cơ học thủy khí, nghiên cứu sự cân bằng và chuyển động của
các phần tử vật chất vô cùng nhỏ có thể dễ dàng di chuyển và va chạm với nhau trong không gian.
Với cơ học lưu chất, một cách tương đối có thể chia làm hai nhóm:
1, Nghiên cứu chất thề lỏng (nước, dầu, rượu,….) có thể tích thay đổi rất ít khi có tác động của áp suất
và nhiệt độ ( gọi là lưu chất không nén).
2, Nghiên cứu các hiện tượng vật lý của chất thể khí và hơi, dễ bị thay đổi thể tích dưới áp suất và
nhiệt độ ( còn gọi là lưu chất nén được)
Sự thay đổi thể tích của vật chất không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc phân tử, mà còn phụ thuộc vào tác
động của ngoại lực hay nhiệt độ. Do đó trong một số trường hợp còn phải kể đến khả năng nén được
của chất lỏng. Ví dụ như máy ép thủy lực, tuy môi chất thông thường là dầu, nhưng dưới áp áp suất
cao, khối lượng riêng của nó cũng thay đổi đáng kể. Hay như trong ngành hàng không không gian, đối
với những chuyển động chậm thông thường ( chim, máy bay nhỏ…. – M<0.3) thì dòng lưu chất
chuyển đông qua nó coi là thông thường và không nén được, nhưng với những chuyển động cận và
vượt âm, trên độ cao lớn ( háy bay chiến đấu, tên lửa, dòng qua ống phun ...) dòng lưu chất qua vật
thể, qua cánh máy bay với vận tốc rất lớn, sự thay đổi thể tích (hay khối lượng riêng lưu chất) là đáng
lưu tâm, sự giãn nở của dòng lưu chất phải được nghiên cứu kĩ càng.
Một trong những tính chất quan trọng của các lưu chất là lực ma sát trong giữa các dòng chuyển động.
Lực ma sát này thường được gọi là độ nhớt.
Mô hình toán học:
Cũng giống như bất kì mô hình toán học nào về thế giới thực, cơ học lưu chất phải đưa ra một giả
thiết cơ bản về các chất lưu đang được nghiên cứu. Những giả thiết này được trở thành các phương
trình toán phải được thỏa mãn nếu các giả thiết đó là đúng. Ví dụ, hãy xét một lưu chất không nén
được trong môi trường 3D. Giả sử khối lượng bảo toàn có nghĩa là với mọi mặt đóng cho trước
(chẳng hạn mặt cầu) tỷ lệ khối lượng chảy từ “bên ngoài” vào “bên trong” mặt đó phải cùng với tỷ lệ
khối lượng chảy theo hướng “bên trong” ra “bên ngoài”. Điều này có thể chuyển thành một phương
trình tích phân trên mặt đóng đó.
Cơ học lưu chất giả thiết rằng mọi chất lưu thỏa mãn những điều sau đây:
- Bảo toàn khối lượng
- Bảo toàn động lượng
- Giả thiết về môi trường liên tục
Ngoài ra nhiều trường hợp thông thường, giả thiết lưu chất không nén được – nghĩa là mật độ của lưu
chất không đổi. Các chất lỏng có thể mô phỏng như lưu chất không nén được, trong khí các chất khí
thường không thỏa mãn điều đó, tuy vậy khi sự nén xảy ra là nhỏ người ta vẫn có thể coi dòng khí đó
như không nén để thuận tiện cho việc tính toán.
Tương tự như vậy, đôi khi người ta giả thiết rằng độ nhớt lưu chất bằng 0. Đối với các loại khí thường
được gia thiết là không nhớt. Nếu một lưu chất có độ nhớt, và dòng chảy của nó bị giới hạn một cách
nào đó (thí dụ trong ống), thì dòng tại biên có vận tốc bằng 0.
Giả thiết về môi trường: Lưu chất được các tạo từ các “phần tử bé”, chúng chuyển động hỗn độn va
chạm lẫn nhau và va chạm vào các vật rắn. Tuy vậy, trong nhiều trường hợp thông thường giả thiết về
một môi trường liên tục – xem lưu chất là liên tục. Nghĩa là ở trường hợp đó, các tính chất như mật
độ, áp suất, nhiệt độ, và vận tốc coi như được định nghĩa trên những điểm nhỏ “vô hạn”, rồi định ra
một phần tử thể tích khảo sát. Các tính chất được giả sử là biến đổi một cách liên tục từ điểm này sang
điểm khác, và là giá trị trung bình của phần tử đó. Trong nhiều trường hợp, sự thật lưu chất được cấu
tạo từ phần tử rời rạc được bỏ qua.
Giả thiết môi trường về bản chất là một xấp xỉ, do đó cần chỉ ra những chỗ xấp xỉ trong cách giải, đó
là nguyên nhân gây sai số giữa tính toán và thực nghiệm, giữa tính toán lý thuyết và thực tế. Việc giả
thiết về môi trường, điều kiện biên có thể dẫn đến những kết quả không nằm trong độ chính xác mong
muốn. Nếu không chỉ ra được những điều kiện làm sai số thì lý thuyết rất xa rời thực tế, và việc tính
toán không còn ý nghĩa. Dưới những điều kiện về môi trường thích hợp những tính toán vẫn có thể
đưa ra kết quả chính xác nhất định.
Đối với những bài toán mà giả thiết về môi trường không đưa ra được lời giải có độ chính xác mong
muốn, thì sẽ được giải bằng phương pháp cơ học thống kê.
Phương pháp CFD:
Các nhà khoa học tiền bối khi nghiên cứu chuyển động dòng chảy của sông, sóng biển, gió bão,
không khí…. họ dùng bút và giấy kết hợp thực nghiệm với các phương pháp giải tích, toán học là
những công cụ kết hợp với kiến thức về lý, hóa, truyền nhiệt… Họ là những người rất giỏi về khoa
học tự nhiên và tính toán. Thậm chí có lúc với kiến thức tự nhiên, tính toán và thực nghiệm họ trở
thành những nhà đoán thiên tài kết quả bài toán đang nghiên cứu. Khi chưa xuất hiện máy tính,
thời gian nghiên cứu một vấn đề phức tạp rất lâu. Có những bài toán khoa học đã chiếm hàng chục
năm trong cuộc đời nhà khoa học. Hay những bài toán thiết kế, được tiến hành rất công phu trên giấy,
sau đó mang ra thực nghiệm, thực nghiệm thất bại, lại được tiến hành tính toán lại, quá trình đó lập đi
lập lại hàng chục thậm chí hàng trăm lần để ra được sản phẩm có hữu dụng cho nhu cầu cuộc sống. Ví
như để thiết kế ra 1 dòng máy bay phải mất tới hàng chục năm, quá trình đó rất lâu dài và tốn kém.
Thực nghiệm thiết kế là điều bắt buộc, nó kiểm nghiệm lý thuyết, đánh giá kết quả tính toán, nó kết
luận quá trình thiết kế. Tuy nhiên quá trình thực nghiệm rất tốn kém, với máy bay có thể lên đến hàng
triệu USD hay hơn cho mỗi lần.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
GIỚI THIỆU VỀ LƯU CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP CFD
Cơ học lưu chất hay còn gọi là cơ học thủy khí, nghiên cứu sự cân bằng và chuyển động của
các phần tử vật chất vô cùng nhỏ có thể dễ dàng di chuyển và va chạm với nhau trong không gian.
Với cơ học lưu chất, một cách tương đối có thể chia làm hai nhóm:
1, Nghiên cứu chất thề lỏng (nước, dầu, rượu,….) có thể tích thay đổi rất ít khi có tác động của áp suất
và nhiệt độ ( gọi là lưu chất không nén).
2, Nghiên cứu các hiện tượng vật lý của chất thể khí và hơi, dễ bị thay đổi thể tích dưới áp suất và
nhiệt độ ( còn gọi là lưu chất nén được)
Sự thay đổi thể tích của vật chất không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc phân tử, mà còn phụ thuộc vào tác
động của ngoại lực hay nhiệt độ. Do đó trong một số trường hợp còn phải kể đến khả năng nén được
của chất lỏng. Ví dụ như máy ép thủy lực, tuy môi chất thông thường là dầu, nhưng dưới áp áp suất
cao, khối lượng riêng của nó cũng thay đổi đáng kể. Hay như trong ngành hàng không không gian, đối
với những chuyển động chậm thông thường ( chim, máy bay nhỏ…. – M<0.3) thì dòng lưu chất
chuyển đông qua nó coi là thông thường và không nén được, nhưng với những chuyển động cận và
vượt âm, trên độ cao lớn ( háy bay chiến đấu, tên lửa, dòng qua ống phun ...) dòng lưu chất qua vật
thể, qua cánh máy bay với vận tốc rất lớn, sự thay đổi thể tích (hay khối lượng riêng lưu chất) là đáng
lưu tâm, sự giãn nở của dòng lưu chất phải được nghiên cứu kĩ càng.
Một trong những tính chất quan trọng của các lưu chất là lực ma sát trong giữa các dòng chuyển động.
Lực ma sát này thường được gọi là độ nhớt.
Mô hình toán học:
Cũng giống như bất kì mô hình toán học nào về thế giới thực, cơ học lưu chất phải đưa ra một giả
thiết cơ bản về các chất lưu đang được nghiên cứu. Những giả thiết này được trở thành các phương
trình toán phải được thỏa mãn nếu các giả thiết đó là đúng. Ví dụ, hãy xét một lưu chất không nén
được trong môi trường 3D. Giả sử khối lượng bảo toàn có nghĩa là với mọi mặt đóng cho trước
(chẳng hạn mặt cầu) tỷ lệ khối lượng chảy từ “bên ngoài” vào “bên trong” mặt đó phải cùng với tỷ lệ
khối lượng chảy theo hướng “bên trong” ra “bên ngoài”. Điều này có thể chuyển thành một phương
trình tích phân trên mặt đóng đó.
Cơ học lưu chất giả thiết rằng mọi chất lưu thỏa mãn những điều sau đây:
- Bảo toàn khối lượng
- Bảo toàn động lượng
- Giả thiết về môi trường liên tục
Ngoài ra nhiều trường hợp thông thường, giả thiết lưu chất không nén được – nghĩa là mật độ của lưu
chất không đổi. Các chất lỏng có thể mô phỏng như lưu chất không nén được, trong khí các chất khí
thường không thỏa mãn điều đó, tuy vậy khi sự nén xảy ra là nhỏ người ta vẫn có thể coi dòng khí đó
như không nén để thuận tiện cho việc tính toán.
Tương tự như vậy, đôi khi người ta giả thiết rằng độ nhớt lưu chất bằng 0. Đối với các loại khí thường
được gia thiết là không nhớt. Nếu một lưu chất có độ nhớt, và dòng chảy của nó bị giới hạn một cách
nào đó (thí dụ trong ống), thì dòng tại biên có vận tốc bằng 0.
Giả thiết về môi trường: Lưu chất được các tạo từ các “phần tử bé”, chúng chuyển động hỗn độn va
chạm lẫn nhau và va chạm vào các vật rắn. Tuy vậy, trong nhiều trường hợp thông thường giả thiết về
một môi trường liên tục – xem lưu chất là liên tục. Nghĩa là ở trường hợp đó, các tính chất như mật
độ, áp suất, nhiệt độ, và vận tốc coi như được định nghĩa trên những điểm nhỏ “vô hạn”, rồi định ra
một phần tử thể tích khảo sát. Các tính chất được giả sử là biến đổi một cách liên tục từ điểm này sang
điểm khác, và là giá trị trung bình của phần tử đó. Trong nhiều trường hợp, sự thật lưu chất được cấu
tạo từ phần tử rời rạc được bỏ qua.
Giả thiết môi trường về bản chất là một xấp xỉ, do đó cần chỉ ra những chỗ xấp xỉ trong cách giải, đó
là nguyên nhân gây sai số giữa tính toán và thực nghiệm, giữa tính toán lý thuyết và thực tế. Việc giả
thiết về môi trường, điều kiện biên có thể dẫn đến những kết quả không nằm trong độ chính xác mong
muốn. Nếu không chỉ ra được những điều kiện làm sai số thì lý thuyết rất xa rời thực tế, và việc tính
toán không còn ý nghĩa. Dưới những điều kiện về môi trường thích hợp những tính toán vẫn có thể
đưa ra kết quả chính xác nhất định.
Đối với những bài toán mà giả thiết về môi trường không đưa ra được lời giải có độ chính xác mong
muốn, thì sẽ được giải bằng phương pháp cơ học thống kê.
Phương pháp CFD:
Các nhà khoa học tiền bối khi nghiên cứu chuyển động dòng chảy của sông, sóng biển, gió bão,
không khí…. họ dùng bút và giấy kết hợp thực nghiệm với các phương pháp giải tích, toán học là
những công cụ kết hợp với kiến thức về lý, hóa, truyền nhiệt… Họ là những người rất giỏi về khoa
học tự nhiên và tính toán. Thậm chí có lúc với kiến thức tự nhiên, tính toán và thực nghiệm họ trở
thành những nhà đoán thiên tài kết quả bài toán đang nghiên cứu. Khi chưa xuất hiện máy tính,
thời gian nghiên cứu một vấn đề phức tạp rất lâu. Có những bài toán khoa học đã chiếm hàng chục
năm trong cuộc đời nhà khoa học. Hay những bài toán thiết kế, được tiến hành rất công phu trên giấy,
sau đó mang ra thực nghiệm, thực nghiệm thất bại, lại được tiến hành tính toán lại, quá trình đó lập đi
lập lại hàng chục thậm chí hàng trăm lần để ra được sản phẩm có hữu dụng cho nhu cầu cuộc sống. Ví
như để thiết kế ra 1 dòng máy bay phải mất tới hàng chục năm, quá trình đó rất lâu dài và tốn kém.
Thực nghiệm thiết kế là điều bắt buộc, nó kiểm nghiệm lý thuyết, đánh giá kết quả tính toán, nó kết
luận quá trình thiết kế. Tuy nhiên quá trình thực nghiệm rất tốn kém, với máy bay có thể lên đến hàng
triệu USD hay hơn cho mỗi lần.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links