Разработка методики расчета аэродинамических характеристик с помощью комплекса ANSYS CFX на примере (стр. 12 из 20)
3.1 План лабораторной работы
Лабораторная работа представляет из себя следующую последовательность действий:
1. Проведение физического эксперимента
а) Непосредственное выполнение самого физического эксперимента
б) Обработка полученных данных вычисление АДК профиля.
в) Выводы о проведенном физическом эксперименте.
2. Проведение численного эксперимента
а) Создание геометрической модели расчетной области.
б) Разбиение геометрической модели расчетной области и импорт полученной сетки.
в) Наложение граничных условий и непосредственный расчет
г) Обработка полученных данных вычисление АДК профиля.
д) Выводы о проведенном численном эксперименте.
3. Анализ результатов полученных как с помощью физического эксперимента так и с помощью численного.
3.2 Проведение физического эксперимента
В данном разделе главы №3 описаны условия и результаты лабораторного эксперимента для углов атаки равных 2º и 5º [10,11], а также выполнена полная обработка результатов эксперимента и вычислены все основные аэродинамические коэффициенты для угла атаки 5º. Экспериментальные данные для угла атаки 2º были взяты, для того чтобы, иметь представление о характере изменения коэффициента давления по периметру профиля при изменении угла атаки.
3.2.1 Условия физического эксперимента
Дляисследования распределения давления по профилю используется дренированная модель крыла, имеющая прямоугольную форму в плане и удлинение λ = l / b > 5. При таком удлинении крыла его профиль, расположенный в середине, не испытывает влияние боковых кромок и рассматривается как профиль, принадлежащий крылу бесконечного размаха. На поверхности модели в центральном сечении, совпадающим с профилем, расположены дренажные отверстия, воспринимающие давление, которые измеряются манометрами (Рис. 3.1). Положение относительно передней кромки каждого дренажного отверстия, имеющего соответствующий номер, определяется относительными координатами, приведенными в координатной сетке (Таблица 3.1.). Общий вид профиля показан на Рис. 3.2.
Рис. 3.1. Схема лабораторной установки
Таблица 3.1
Координатная сетка лабораторного профиля
| № | x, мм |  | y, мм |  | № | x, мм | | y, мм | |
| П | 0 | 0 | 0 | 0 | 12 | 10 | 0,0833 | -6,25 | -0,0521 |
| 1 | 10 | 0,0833 | 6,25 | 0,0521 | 13 | 20 | 0,1666 | -8,25 | -0,0688 |
| 2 | 20 | 0,1666 | 8,25 | 0,0688 | 14 | 30 | 0,25 | -9 | -0,075 |
| 3 | 30 | 0,25 | 9 | 0,075 | 15 | 40 | 0,333 | -9,24 | -0,077 |
| 4 | 40 | 0,333 | 9,24 | 0,077 | 16 | 50 | 0,4166 | -9 | -0,075 |
| 5 | 50 | 0,4166 | 9 | 0,075 | 17 | 60 | 0,5 | -8,25 | -0,0688 |
| 6 | 60 | 0,5 | 8,25 | 0,0688 | 18 | 70 | 0,583 | -7,25 | -0,0604 |
| 7 | 70 | 0,583 | 7,25 | 0,0604 | 19 | 80 | 0,6666 | -6,75 | -0,0563 |
| 8 | 80 | 0,6666 | 6,75 | 0,0563 | 20 | 90 | 0,75 | -5,75 | -0,0479 |
| 9 | 90 | 0,75 | 5,75 | 0,0479 | 21 | 100 | 0,8333 | -5 | -0,04167 |
| 10 | 100 | 0,8333 | 5 | 0,04167 | 22 | 110 | 0,9166 | -4 | -0,0333 |
| 11 | 110 | 0,9166 | 4 | 0,0333 | З | 120 | 1 | 0 | -0 |
Рис. 3.2. Схема расположения дренажных отверстий на профиле
Физический эксперимент проводился при следующих условиях состояния окружающей среды, настройках и параметрах лабораторной установки:
Атмосферное давление ратм = 97,6КПа;
Температура воздуха в аудитории Т∞ = 300 К;
Углы атаки α = 2° и 5°;
Углы наклона батарейного манометра β(2°) = 30°; β(5°) = 45°.
Удельный вес жидкости в манометре (спирт) γ = 0,8095 г/см3.
3.1.2 Результаты физического эксперимента
После выполнения физического эксперимента были получены следующие результаты (Таблица 3.2).
Изменение положения уровня в батарейном манометре при измерении полного давления в точке полного торможения составило Δh’(2º), = -195 мм,
Δh’(5º), = -133 мм,
Таблица № 3.2
Результаты выполненного физического эксперимента
| № | Δh i(2º), мм | Δhi(5º), мм | № | Δh i(2º),мм | Δhi(5º),мм | № | Δh i(2º),мм | Δhi(5º), мм |
| П | -184 | -119 | 8 | 21 | 16 | 16 | 37 | 17 |
| 1 | 51 | 79 | 9 | 16 | 13 | 17 | 32 | 14 |
| 2 | 71 | 76 | 10 | 10 | 9 | 18 | 27 | 13 |
| 3 | 61 | 61 | 11 | 6 | 5 | 19 | 21 | 10 |
| 4 | 53 | 49 | 12 | 64 | 3 | 20 | 21 | 10 |
| 5 | 45 | 40 | 13 | 68 | 20 | 21 | 10 | 4 |
| 6 | 41 | 33 | 14 | 63 | 23 | 22 | 9 | 4 |
| 7 | 31 | 26 | 15 | 50 | 20 | З | -15 | -12 |
3.1.3 Обработка результатов физического эксперимента, вычисление АДХ
3.1.3.1 Краткая теоретическая справка
Определение параметров набегающего потока:
В соответствии с уравнением Бернулли и с учетом показания манометра, скоростной напор
определятся уравнением: 
(3.1)где
– скорость набегающего потока, м/с;р0– абсолютное давление, кг/м2;ратм– атмосферное давление, кг/м2; Δh0 –изменение положения уровня в батарейном манометре при измерении полного давления в точке полного торможения, мм; γ – удельный вес жидкости в манометре г/см3; β – угол наклона батарейного манометра.
– плотность набегающего потока, 
определяемая по формуле (2.3).Тогда скорость
из (3.1) будет равна: 
(3.2)Число Re∞ определяется по формулам (2.1), (2.2) и (2.4).
Определение параметров профиля.[6]
Воздействие воздушной среды на движущееся в ней крыло приводит к появлению на его поверхности непрерывно распределенных сил от давления и касательных напряжений. С учетом этого любую аэродинамическую силу и момент можно представить в виде суммы двух составляющих, одна из которых зависит от распределения давления, а другая – от касательных напряжений.
Соответствующим образом можно выразить аэродинамические коэффициенты сил и моментов.
(3.3)где
, 
, 
– соответственно коэффициенты лобового сопротивления подъемной силы и продольного момента; 
, 
, 
– аналогичные коэффициенты сил и момента, вызванных трением.По значениям
и можно определить коэффициент давления в i-й точке профиля: 
(3.4)где
– коэффициент давления в i-той точке; рi– абсолютное давление в i-той точке, кг/м2; Δhi –изменение положения уровня в батарейном манометре при измерении давления в i-той точке, мм;По значениям
, 
и 
строятся векторная и координатные диаграммы 
и 
, с помощью которых определяются CNp и CRpпо следующим формулам: 
(3.5)где
и 
– площади ограниченные замкнутыми кривыми на координатных диаграммах соответственно и , мм2;