ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC ĐẾN ĐẶC TÍNH THUỶ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA PROFILE CÁNH NACA 4412

Tóm tắt

Hiện tượng xâm thực (Cavitation) là hiện tượng chất lỏng bốc hơi cục bộ tại những vùng có áp suất thấp hơn áp suất hơi bão hòa. Khi các bong bóng hơi di chuyển đến vùng có áp suất cao hơn, chúng bị phá huỷ đột ngột, tạo ra xung áp suất rất lớn phá huỷ bề mặt cánh bánh công tác, gây tiếng ồn, rung động, làm giảm hiệu suất thuỷ lực của máy trong quá trình làm việc. Đối với profile cánh dẫn, hiện tượng xâm thực thường xuất hiện tại mặt hút, mép vào, mép thoát, nó làm giảm hệ số lực nâng, tăng hệ số lực cản, và làm tải trọng tác động lên profile dao động. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng xâm thực đến đặc tính thuỷ động lực học của profile cánh mang ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán thiết kế cánh của máy thuỷ lực cánh dẫn hoạt động với hiệu suất cao trong điều kiện có xâm thực xuất hiện. Bài báo này ứng dụng phương pháp tính toán mô phỏng số (CFD) nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng xâm thực đến đặc tính thuỷ động lực học của profile cánh NACA 4412. Mô hình xâm thực kết hợp với mô hình rối RNG k-e được sử dụng để tính toán mô phỏng quá trình hình thành, phát triển và phá huỷ của bong bóng xâm thực xảy ra trên mặt hút, mép vào và mép thoát của profile cánh NACA 4412. Kết quả mô phỏng cho thấy sự xuất hiện của hiện tượng xâm thực làm giảm đáng kể hệ số lực nâng và tăng hệ số lực cản, đồng thời gây dao động áp suất lớn ở vùng mép thoát của profile cánh, tại góc đặt cánh a = 15° hệ số lực nâng c_l của profile NACA 4412 giảm 14%, còn hệ số lực cản c_d tăng 34%.

 

Title

APPLICATION OF NUMERICAL METHODS TO STUDY THE EFFECTS OF CAVITATION ON THE HYDRODYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE HYDROFOIL NACA 4412

Abstract

Cavitation is the phenomenon in which a liquid undergoes local vaporization in regions having pressure below the saturated vapor pressure. When the vapor bubbles are transported to regions of higher pressure, they collapse violently, generating intense pressure pulses that damage the surface of impeller blades, cause noise and vibration, and reduce the hydraulic efficiency of the machine during operation. For a hydrofoil, cavitation typically occurs on the suction side, at the leading edge, and at the trailing edge; it leads to a reduction in the lift coefficient, an increase in the drag coefficient, and induces fluctuations in the loads acting on it. Therefore, investigating the influence of cavitation on the hydrodynamic characteristics of a hydrofoil is of great importance for the design and performance prediction of hydraulic machinery blades operating efficiently under cavitating conditions. In this study, a computational fluid dynamics (CFD) approach is employed to investigate the effects of cavitation on the hydrodynamic performance of the hydrofoil NACA 4412. The full cavitation model coupled with the RNG k-ε turbulence model is used to simulate the formation, development, and collapse of cavitation bubbles occurring on the suction side, leading edge, and trailing edge of the hydrofoil NACA 4412. The simulation results indicate that the occurrence of cavitation significantly reduces the lift coefficient and increases the drag coefficient, while also causing large pressure fluctuations in the trailing-edge region of the hydrofoil. At the attack angle α = 15°, the lift coefficient C_l of the hydrofoil NACA 4412 decreases about 14%, whereas the drag coefficient C_d increases about 34%.