Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 1

Trang 1

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 2

Trang 2

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 3

Trang 3

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 4

Trang 4

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 5

Trang 5

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 6

Trang 6

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 7

Trang 7

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 8

Trang 8

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 9

Trang 9

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 28 trang nguyenduy 25/02/2024 290
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

Tóm tắt nội dung tài liệu: Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam

Tóm tắt Luận án Ứng dụng lý thuyết CFD (computational fluid dynamics) xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ Việt Nam
 mẫu tàu đánh cá vỏ gỗ truyền thống của Việt Nam, 
thuộc loại tàu chưa thấy có trong bất kỳ nghiên cứu tính sức cản bằng CFD nào. 
Mặc dù logic của quá trình tính toán không thay đổi nhưng có thể với những 
đặc điểm hình học khác đặc điểm hình học của mẫu tàu chở hàng thông thường, 
đặc biệt là tàu lại thường xuyên chạy ở tốc độ thấp, tương ứng giá trị số Fn bé, 
do đó phương pháp thực hiện và kết quả tính có thể sẽ có nhiều điểm khác biệt 
so với các nghiên cứu hiện nay. 
(2) Nghiên cứu phương pháp xây dựng và kiểm tra độ chính xác của mô hình 3D 
nhằm đảm bảo độ chính xác của mô hình hình học vỏ tàu và kết quả tính toán, 
cơ sở để có thể ứng dụng đối với các mẫu tàu khác. 
(3) Lựa chọn mô hình rối SST k-w để mô phỏng dòng lưu chất bao xung quanh tàu 
và dựa trên cơ sở đó xác định giá trị của các thông số cần thiết của mô hình rối 
bao gồm các hệ số rối k, w và cường độ rối I phù hợp với đối tượng tính toán. 
Đặc biệt, xây dựng hàm điều khiển (hàm trộn) quá trình kết hợp hai mô hình rối 
tiêu chuẩn k-w và k-e để đảm bảo phản ánh đúng bản chất của các dòng chảy 
trong dòng lưu chất chảy sát tường (bề mặt vỏ tàu), chảy bên trong lớp biến và 
dòng chảy tự do bên ngoài lớp biên đối với các tàu chạy chậm. 
(4) Xác định các thông số cần thiết của quá trình tính toán sức cản tàu bằng CFD 
như kích thước lưới chia bề mặt, kích thước của không gian miền tính toán, 
cùng với những giải pháp kiểm tra, nâng cao độ chính xác của kết quả tính toán 
ngay trong từng bước tính toán. 
(5) Ứng dụng các phương pháp và thuật toán giải các phương trình RANS hiện có 
và dựa trên cơ sở đó nghiên cứu sử dụng mã nguồn mở OpenFOAM để viết 
chương trình giải bài toán tính sức cản cho tàu tính toán và so sánh với kết quả 
thử nghiệm để tiến hành điều chỉnh và xác định lại các thông số cần thiết của 
bài toán CFD nhằm đảm bảo sự phù hợp với đối tượng tàu tính toán. 
6 
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
2.1. SỨC CẢN TÀU THỦY 
 Khi chuyển động đều trong nước tĩnh, tàu chịu tác dụng của sức cản không khí Rkk 
và sức cản môi trường nước RT, nhiều khi được hiểu đó là sức cản toàn bộ của con tàu. 
Để thuận tiện trong nghiên cứu, tùy theo nguyên nhân xuất hiện và các bản chất vật lý, 
có thể chia sức cản nước theo nhiều cách, phổ biến là phân chia như sơ đồ hình 2.1. 
Hình 2.1. Sơ đồ các thành phần sức cản của nước tác dụng lên tàu 
 Về lý thuyết, công thức tính các thành phần sức cản tàu có dạng chung như sau: 
 R = CR W
r
2
U2 (2.1) 
CR – hệ số sức cản ; U – vận tốc tàu, m/s ; r - khối lượng riêng của chất lỏng KG.s2/m4 
W - diện tích phần vỏ tàu dưới nước (hay diện tích mặt ướt), m2. 
Sức cản của môi trường nước RT 
Sức cản dư RR 
Ảnh hưởng hình dạng 
đến ma sát ở lớp biên 
Sức cản áp suất RP 
Sức cản ma sát của lớp biên mỏng RFo 
(tấm phẳng tương đương) 
Sức cản ma sát RF 
Sức cản sóng RW Sức cản áp suất nhớt RPV do xoáy 
Sức cản tạo sóng 
RWM 
Sức cản sóng vỡ 
RWB Sức cản nhớt RV 
Sức cản toàn bộ RT 
7 
2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CFD 
2.2.1. Các phương trình chủ đạo 
 Hầu hết các dòng lưu chất hiện nay là dòng chất lỏng Newton ba chiều có độ nhớt, 
không nén và ở trạng thái ổn định nên lời giải phương trình năng lượng không cần nữa. 
Do đó các phương trình chủ đạo quản lý dòng lưu chất bao xung quanh thân tàu chỉ gồm 
phương trình liên tục và phương trình bảo toàn động lượng dưới dạng đơn giản như sau. 
• Phương trình liên tục 
 0U.
t
=Ñr+
¶
r¶ (2.2) 
• Phương trình bảo toàn động lượng 
 gUp
Dt
DU 2 r+ѵ+Ñ-=r (2.3) 
trong đó: ρ - mật độ chất lỏng, là hàm của các tọa độ (x, y, z) và thời gian t: 
 r = r(x,y,z,t) 
 U - vectơ vận tốc, được xác định theo các vector đơn vị i, j, k của hệ tọa độ 
 Descartes theo công thức. 
 U = u.i + v.j + w.k (2.4) 
 với các thành phần vận tốc xác định theo các hướng tương ứng như sau: 
 u = u(x,y,z,t) ; v = v(x,y,z,t) ; w = w(x,y,z,t) 
 Ñ - toán tử vector (thuật ngữ trong tính toán CFD gọi là “del” hoặc “nabla”), 
 được định nghĩa trong hệ tọa độ Descartes theo công thức chung sau: 
 Ñ = i
x¶
¶ + j
y¶
¶ + k
z¶
¶ (2.5) 
Dt
DU - ký hiệu của đạo hàm thực được xác định theo công thức: 
 U.U
t
U
Dt
DU
Ñ+
¶
¶
= (2.6) 
8 
2.2.2. Phương trình RANS (Reynolds Average Navier-Stokes Equations) 
 Hai phương trình (2.2) và (2.3) kết hợp lại thành hệ phương trình Navier-Stokes 
dùng mô phỏng dòng lưu chất nhớt, không nén gồm 4 phương trình với 4 ẩn u, v, w, p. 
Do chuyển động của dòng chảy rối không ổn định nên để giải được hệ phương trình này 
thường sử dụng một số phương pháp số như LES, DNS nhưng phổ biến nhất là 
phương pháp Navier-Stokes Reynolds trung bình (RANS) được xây dựng trên cơ sở 
tách giá trị của các biến dòng lưu chất thành thành phần trung bình và thành phần biến 
động, sau đó thay vào hệ phương trình trên, sau một số biến đổi nhận được hệ phương 
trình RANS dưới dạng tổng quát như sau: 
ï
î
ï
í
ì
+Ñ+Ñ-=
=Ñ
gUp
dt
Ud
U
rµr 2
0.
 (2.7) 
trong đó: p - trường áp lực trung bình; r - mật độ chất lưu;
 U - vector vận tốc trung bình; g - gia tốc trọng trường. 
2.2.3. Mô hình dòng chảy rối 
 Do trong các phương trình RANS xuất hiện thêm 6 biến số mới tương ứng với 6 
thành phần ứng suất rối Reynolds biểu diễn cho sự sự gia tăng vận tốc của dòng lưu chất 
nên để giải được cần bổ sung thêm phương trình rối để đóng kín hệ phương trình RANS. 
Có nhiều mô hình dòng chảy rối nhưng phổ biến nhất hiện nay là mô hình k-e và k-w. 
Hiện tại, mô hình k-ε và k-ω đã trở thành những mô hình tiêu chuẩn công nghiệp và 
được sử dụng rất phổ biến cho hầu hết các dòng lưu chất trong những bài toán kỹ thuật, 
Tuy nhiên khi ứng dụng cho dòng lưu chất chảy xung quanh bề mặt vỏ tàu đã nhận thấy, 
mô hình k-e khá mạnh nhưng lại it chính xác khi tính lớp biên, trong khi mô hình k-w 
tuy chính xác hơn mô hình k-e trong lớp biên gần tường và dự đoán tốt hơn dòng chảy 
có gradient áp lực bất lợi nhưng lại rất nhạy cảm đối với các giá trị của dòng chảy tự do. 
Do dó để đảm bảo chính xác hơn, Menter đề xuất mô hình SST k-w kết hợp hai mô hình, 
trong đó mô hình k-w sử dụng ở lớp biên, mô hình k-e sử dụng trong dòng chảy tự do. 
9 
2.3. THUẬT TOÁN GIẢI 
 Đối với chất lỏng không nén được, nhiều chương trình CFD hiện nay thường dùng 
thuật toán SIMPLE để giải hệ phương trình RANS và mô hình phương trình dòng rối. 
Tuy nhiên gần đây thường sử dụng mã nguồn mở OpenFOAM với sự kết hợp của csac 
thuật toán SIMPLE và PISO để giải hệ các phương trình RANS. Mạc dù có nhiều ưu 
điểm nhưng thuật toán này vẫn chưa thấy ứng dụng trong ngành tàu vì thế trong luận án 
sẽ sử dụng thuật toán này để tính trường dòng bao quanh tàu. Trong mỗi bước thời gian, 
bài toán được giải bằng thuật toán SIMPLE, sau đó sử dụng thuật toán PISO để hiệu 
chỉnh việc điều chỉnh áp lực, nghĩa là thuật toán PISO được lồng ghép vào một bước 
tính toán của thuật toán SIMPLE. 
Trong mỗi bước thời gian, thuật toán này có thể được tóm tắt như sau (Số hiệu các 
phương trình, công thức trong thuật toán được lấy như trong luận án): 
1. Tính vận tốc *U từ phương trình. (2.90) với áp lực *P từ bước thời gian trước. 
2. Tính xấp xỉ lượng chất lỏng chảy qua mặt ô ( )
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
=
fPa
UHSF
*
* . r , điều này cần 
thiết để tính vế phải của phương trình áp lực (2.87). 
3. Tính áp lực hiệu chỉnh **P bằng cách giải phương trình. (2.87) với thông lượng 
vừa được xấp xỉ. 
4. Hiệu chỉnh thông lượng mặt bằng cách giải phương trình (2.89) với giá trị áp 
lực mới **P . 
5. Tính toán giá trị áp lực mới newP trong mội ô tính toán dựa vào hệ số Pa giống 
như trong thuật toán SIMPLE. 
( )**** PPPP Pnew -+= a 
6. Chỉnh sửa vận tốc từ giá trị áp lực mới newP , sử dụng phương trình. (2.82). 
7. Lặp lại các bước từ (2÷6) với số lần lặp bằng nCorrectors lần. 
8. Kiểm tra sự hội tụ, nếu thỏa mãn thì chuyển sang bước thời gian tiếp theo, nếu 
không thỏa mãn thì lặp lại các bước 1-8 nOuterCorrectors lần. 
10 
Sơ đồ thuật toán được diễn giải như hình bên dưới: 
Hình 2.2. Sơ đồ thuật toán nghiên cứu 
 Bắt đầu 
Ước đoán áp lực 
Tính vận tốc từ phương trình 
Tính xấp xỉ lượng chất lỏng chảy 
qua mặt ô: 
Tính áp lực mới : 
Tính áp lực hiệu chỉnh 
= 
Hiệu chỉnh thông lượng mặt 
SUf = 
Kiểm tra hội tụ 
Lặ
p 
nC
or
re
ct
or
s l
ần
Sai 
Hiệu chỉnh áp lực mới : 
Đúng Bước thời 
gian tiếp 
theo 
11 
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
3.1. MẪU TÀU TÍNH TOÁN 
3.1.1. Đặc điểm các mẫu tàu tính toán 
 Các mẫu tàu dùng tính toán là mẫu tàu cá dân gian khu vực miền Trung Việt Nam 
có ký hiệu M1317A và M1319 đã được TS Nguyễn Quang Vĩnh, KS Nguyễn Đức Thọ 
thử nghiệm ở bể thử Đại học Kỹ thuật và Công nghiệp cá Kaliningrat (Liên Xô cũ). 
Trong thực nghiệm, hai mẫu tàu được chế tạo theo tỷ lệ đồng dạng hình học 7:1k = . 
Các thông số hình học của các tàu ở tỷ lệ thực và ở tỷ lệ thử kéo mô hình trong bể thử 
được cho ở bảng 3.1. 
Bảng 3.1. Các thông số hình học của các mẫu tàu M1317A và M1319 ở tỷ lệ thực 
và ở tỷ lệ thử nghiệm kéo mô hình trong bể thử k = 1:7 
Các thông số Ký hiệu 
Đơn 
vị 
M1317A M1319 
Tỷ lệ 
1:1 
Tỷ lệ 
1:7 
Tỷ lệ 
1:1 
Tỷ lệ 
1:7 
Đặc điểm hình học mạn thẳng, gẫy góc nằm ở hông tàu Dạng vỏ dưa 
Chiều dài toàn bộ LOA m 21.90 3.129 17.40 2.485 
Chiều dài đường nước LPP m 18.55 2.650 14.29 2.041 
Chiều dài giữa hai trụ LWL m 19.00 2.714 14.80 2.114 
Chiều rộng lớn nhất Bmax m 4.48 0.640 3.88 0.554 
Chiều rộng đường nước BWL m 4.48 0.640 3.14 0.448 
Chiều cao mạn D m 1.90 0.271 1.50 0.214 
Chiều chìm d m 1.23 0.175 0.74 0.105 
Diện tích mặt ướt Ω m2 95.06 1.940 45.08 0.92 
Hệ số diện tích sườn giữa CM - 0.870 0.870 0.860 0.86 
Hệ số đầy thể tích CB - 0.589 0.589 0.550 0.55 
Hệ số đầy lăng trụ dọc CP - 0.677 0.677 0.639 0.639 
Lượng chiếm nước D m3 61.17 0.178 19.51 0.057 
Tốc độ tàu 
Us hl/h 8.65 3.264 9.13 3.445 
U m/s 4.45 1.679 4.694 1.772 
Số Froude Fn - 0.329 0.329 0.396 0.396 
12 
3.1.2. Kết quả thử nghiệm 
 Kết quả thử nghiệm kéo các mô hình tàu trong bể thử để xác định sức cản được 
cho trong bảng 3.2 và hình 3.1. 
Bảng 3.2. Kết quả thử nghiệm kéo trên nước tĩnh và khi chuyển đổi sang tàu thật 
của các mô hình tàu M1317A và M1319 
Mẫu M1317A (d = 1.23 m) Mẫu M1319 (d = 0.74 m) 
U 
(m/s) 
Us 
(hl/h) 
RM 
(KG) 
Số Fn RH 
 (N) 
U 
(m/s) 
Us 
(hl/h) 
RM 
(KG) 
Số Fn RH 
 (N) 
0.712 3.664 0.214 0.139 756.6 0.629 3.240 0.097 0.140 268.6 
0.951 4.896 0.532 0.186 1562.9 0.904 4.655 0.253 0.202 752.9 
1.029 5.299 0.755 0.202 2327.9 1.166 6.005 0.447 0.260 1360.5 
1.251 6.441 1.081 0.245 3135.3 1.369 7.049 0.765 0.306 2401.1 
1.402 7.210 1.390 0.275 4341.4 1.460 7.515 0.896 0.326 2826.6 
1.478 7.658 1.721 0.291 5435.0 1.553 7.996 1.077 0.347 3422.0 
1.544 7.946 2.086 0.303 6659.5 1.587 8.172 1.130 0.354 3594.3 
1.633 8.406 2.507 0.320 8058.5 1.652 8.505 1.283 0.369 3925.8 
1.697 8.739 2.907 0.332 9397.0 1.666 8.579 1.297 0.372 4144.7 
1.73 8.907 3.077 0.339 9962.9 1.772 9.125 1.920 0.396 6250.9 
1.758 9.035 3.252 0.345 10548 1.807 9.304 1.702 0.404 4969.2 
Hình 3.1. Đồ thị đường cong sức cản của các tàu M1317A và M1319 
13 
3.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÌNH HỌC VỎ TÀU 
3.2.1. Xây dựng mô hình 3D 
 Từ bản vẽ đường hình gốc, dựng lại đường hình của các mẫu tàu trong AutoCad, 
sau đó dựng mô hình 3D trong phần mềm thiết kế tàu AutoShip và kiểm tra thông số 
hình học nhằm đảm bảo độ chính xác của mô hình 3D ngay trong Autoship (Hình 3.2). 
 Mẫu tàu M1317A 
 Mẫu tàu M1319 
Hình 3.2. Xây dựng mô hình hình học 3D trong AutoCad và AutoShip 
3.2.2. Tạo file STL của bề mặt hình học vỏ tàu 
 Viết code nhận diện tọa độ điểm hình học từ file mô hình 3D của mẫu tàu tính toán 
và xây dựng file *.stl (StereoLithography) mô tả bề mặt đối tượng ở dạng lưới tam giác, 
một hình thức rời rạc hình học vỏ tàu được dùng nhiều trong bài toán CFD (Hình 3.3). 
vertices	
(	
	 (x1	y1	z1)	 	 //	 điểm0	
	 (x2	y2	z2)	 	 //	điểm	1	
		 	 	 //	 	
	 	(xn	yn	zn)	 	 //	 điểm	n	
)	
Hình 3.3. Code và mô hình tàu M1317A chia lưới tam giác theo dạng file *.stl 
14 
3.3. XÁC LẬP KHÔNG GIAN MIỀN TÍNH TOÁN 
 Xác định kích thước hợp lý cho không gian miền tính đối với mẫu tàu cá khảo sát 
bằng phương pháp tính gần đúng dần, dựa trên cơ sở thực hiện tính toán mô phỏng với 
các vị trí biên khác nhau và tiến hành phân tích trường áp suất xuất hiện cho đến khi 
không thấy ảnh hưởng của các hiệu ứng biên hoặc tương tác tàu – nước gây ra. Kết quả 
xác định được vị trí các biên hợp lý cho các mẫu tàu đang khảo sát (Hình 3.4a), khác vị 
trí các biên theo khuyến nghị của Hội nghị bể thử quốc tế ITTC-2011 (Hình3.4b). 
 (a) (b) 
Hình 3.4. Vị trí của các biên tính toán theo (a) đề xuất và (b) ITTC-2011 
 Hình 3.5 biểu diễn sự biến động mặt thoáng nước bên ngoài tàu M1317A ở giá trị 
Fn = 0.404, nhận thấy nếu đặt vị trí các biên theo ITTC 2011 thì tính chất vật lý tại biên 
Inlet sẽ bị ảnh hưởng bởi sóng phản hồi do tàu tạo ra, ngược lại vị trí biên Outlet chỉ cần 
cách đường vuông góc lái khoảng 4Lpp thì đủ đáp ứng được tính chất vật lý biên Outlet. 
Bằng cách làm tương tự, chúng tôi cũng đã xác định được vị trí của biên Side nằm cách 
mặt phẳng đối xứng tàu một khoảng 2Lpp là hợp lý đối với đối tượng tàu cá đang tính. 
Hình 3.5. Kích thước miền tính toán thực tế 
2LPP 
2LPP 
4LPP 
1LPP 
1LPP Hướng chuyển động	tàu	
15 
3.4. RỜI RẠC KHÔNG GIAN TÍNH TOÁN VÀ MÔ HÌNH HÌNH HỌC TÀU 
 Quá trình xây dựng lưới chia bề mặt vỏ tàu trong OpenFOAM sẽ được thực hiện 
theo trình tự cụ thể như sau: 
- Nhập mô hình tàu đã chia lưới ở mục 3.2 vào OpenFOAM để xây dựng miền 
tính theo kích thước ở mục 3.3 và rời rạc bề mặt liên tục vỏ tàu thành xấp xỉ 
lưới chia hình tam giác có cùng định dạng lưới chia bề mặt ban đầu, sau đó 
nhúng vào miền tính toán. 
- Sử dụng hàm snappyHexMeshDict trong thư viện OpenFOAM với đoạn mã 
chương trình thực hiện việc rời rạc miền tính và mô hình hình học tàu đang tính, 
trong đó các nút lưới để liên kết miền tính với bề mặt tàu đều được gán biên 
wall là tường cứng tuyệt đối, không thấm nước như mô tả ở hình 3.6. 
	 	 	 	 	 blocks 
 ( 
 hex (0 1 2 3 4 5 6 7) (17 6 8) simpleGrading (1 1 0.05) 
 hex (4 5 6 7 8 9 10 11) (17 6 50) simpleGrading (1 1 1) 
 . 
 hex (20 21 22 23 24 25 26 27) (17 6 20) simpleGrading (1 1 5) 
 ); 
 Edges 
- Xử lý lưới chia khu vực gần tường để mô phỏng chính xác dòng rối và sức cản, 
đồng thời kiểm tra và đánh giá chất lượng của lưới chia thông qua các thông số 
gồm hệ số tường y+ và hệ số Courant (CR) để đảm bảo độ chính xác lưới chia. 
Hình 3.6. Mô hình tàu và miền tính toán sau khi rời rạc hóa 
16 
3.5. THIẾT LẬP CÁC ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU VÀ ĐIỀU KIỆN BIÊN 
 Để mô phỏng dòng rối bằng mô hình SST k-w cần xác định các điều kiện ban đầu 
là hệ số động năng rối k, tiêu tán động năng rối w, tốc độ tiêu tán động năng rối e: 
 k = ( )2.
2
3 UI ; w = 10
ppL
U ; e	 =	
ppL
k
	 (3.1) 
I - cường độ rối; U - vận tốc dòng , m/s ; Lpp - chiều dài hai đường vuông góc tàu, m. 
 Ban đầu, tham khảo hai mẫu tàu chở hàng KCS và DTMB-5415 đã được công bố, 
chúng tôi chọn giá trị hệ số của các tàu này là k = 0.00015, w = 2.0000 để tính nhưng 
trường dòng lưu chất quanh các tàu bị bất ổn mạnh và lời giải không hội tụ (hình 3.7), 
trong đó hệ thống sóng bị vỡ và rối mạnh ngay khi còn khá xa khu vực tàu hoạt động. 
Hình 3.7. Trường dòng bất ổn và lời giải không hội tụ trước khi hiệu chỉnh 
 Sau đó áp dụng phương pháp tính đúng dần như khi xác định vị trí biên ở mục 2.3, 
chúng tôi đề xuất chọn giá trị đại lượng cường độ rối I cho các tàu đang tính như sau: 
 I = 0.050 với giá trị số Fn ≥ 0.3 ; I = 0.035 với giá trị số Fn < 0.3 
 Áp dụng các số liệu này chúng tôi nhận được hình ảnh trường dòng ổn định với lời 
giải hội tụ như mô tả trên hình 3.8. 
Hình 3.8. Trường dòng ổn định và lời giải hội tụ sau khi hiệu chỉnh 
17 
 Áp dụng các công thức nêu trên cho các tàu M1317A và M1319 đang nghiên cứu 
có thể xác định được điều kiện ban đầu về giá trị hệ số rối dùng thực hiện mô phỏng số 
ở các số Fn cụ thể cho các tàu M1317A và M1319 như cho ở bảng 3.3. 
Bảng 3.3. Giá trị các hệ số rối của tàu 
Đại 
lượng M1317A M1319 
U 0.640 1.251 1.381 1.679 1.758 1.166 1.369 1.460 1.772 1.807 
Fn 0.128 0.250 0.276 0.336 0.352 0.261 0.312 0.326 0.396 0.404 
I 0.035 0.035 0.035 0.050 0.050 0.035 0.050 0.050 0.050 0.050 
K 0.000753 0.002876 0.003504 0.010571 0.011590 0.002498 0.007028 0.007994 0.011775 0.012245 
w 2.357895 4.608947 5.087895 6.185789 6.476842 5.514865 6.475000 6.905405 8.381081 8.546622 
e 0.010107 0.019757 0.021810 0.037880 0.039662 0.023640 0.039651 0.042287 0.051323 0.052337 
 Bảng 3.4 và 3.5 là mô tả đặc tính và tính chất vật lý tại các biên 
Bảng 3.4. Đặc tính của biên 
Tên gọi Ký hiệu Tính chất biên 
Mặt trên cùng Top Type patch, faces 
Mặt lưu chất đi vào Inlet Type patch, faces 
Mặt lưu chất đi ra Outlet Type patch, faces 
Mặt bên Sides Type symmetryPlane, faces 
Mặt đáy Bottom Type symmetryPlane, faces 
Mặt phẳng đối xứng tàu MidPlane Type symmetryPlane, faces 
Vỏ tàu Hull Wall function 
Bảng 3.5. Tính chất vật lý chất lỏng tại biên 
Kí hiệu biên U p k, w 
Inlet Fixed value Gradient = 0 Fixed value 
Top Fixed value p = p¥ Gradient = 0 
Bottom Fixed value p = p¥ Gradient = 0 
Side Fixed value Gradient = 0 Gradient = 0 
MidPlan Symmetry 
Outlet Gradient = 0 
Hull U = 0 Gradient = 0 Wall function 
18 
3.6. TÍNH TOÁN CHO CÁC MẪU TÀU THỰC NGHIỆM M1317A VÀ M1319 
 Phương trình chuyển động của dòng chất lỏng nhớt có dạng như sau 
 ( ) ( )
!"#$$!$"#$!$"#$!$"# source
V
diffusion
V
convection
V
derivative_time
V
dVqdV.dVU.dV
t òòòò f+fѵÑ=fÑ+¶
f¶ (3.2) 
 Giải phương trình trên theo thuật toán đề xuất bằng mô đun mã có tên fvSchemes, 
lời giải được kết nối trong tập tin fvSolution, thực thi bởi bộ giải LTSInterFoam. Kết 
quả chạy chương trình nhận được phân bố trường dòng, lực và mômen thủy động, sức 
cản của các mẫu tàu tính toán như sau. 
3.6.1. Kết quả tính toán trường dòng chất lỏng bao xung quanh tàu 
 Kết quả tính trường dòng lưu chất cho các tàu M1317A ở Fn = 0.329 và tàu M1319 
ở Fn = 0.396 được thể hiện ở các hình tiếp theo. 
Hình 3.9. Trường áp suât nước quanh tàu M1317A tại Fn = 0.329 
Hình 3.10. Trường áp suât nước quanh tàu M1319 tại Fn = 0.396 
19 
 Tàu M1317A Tàu M1319 
Hình 3.11. Trường tốc độ Ux bao quanh các tàu M1317A và M1319 
 Tàu M1317A Tàu M1319 
Hình 3.12. Giao diện pha của các tàu M1317A và M1319 
 Tàu M1317A Tàu M1319 
Hình 3.13. Động năng rối k xung quanh các tàu M1317A và M1319 
- Trường dòng chảy rối, với các vùng rối xuất hiện ngay sau đường vuông góc 
mũi tàu, dẫn tới sự biến thiên nhanh trường áp suất và trường vận tốc dòng dọc 
theo chiều dài tàu, đặc biệt là mẫu tàu M1317A. 
- Các tính toán đối với cả hai mẫu tàu trên đều được thực hiện ở tốc độ chậm, 
nhưng sóng do tàu tạo ra lớn, thể hiện trường áp suất phân bổ quanh tàu đạt 
giá trị cao tại khu vực mũi, lái và giữa tàu, hình thành các đỉnh sóng tại những 
vị trí tương ứng dọc tàu, với bước sóng gần bằng nửa chiều dài tàu. 
20 
3.6.2. Tính lực thủy động và mômen thủy động 
 Kết quả tính ½ lực thủy động và mô men thủy động của các mẫu tàu cho trong 
bảng 3.6 và hình 3.14 
Bảng 3.6. Lực và mômen thủy động của mẫu tàu M1317A và M1319 
Các đại lượng Mẫu tàu M1317A Mẫu tàu M1319 
Phương X Y Z X Y Z 
Tốc độ chuyển động U 1.679 m/s 1.772 m/s 
Giá trị số Froude Fn 0.329 0.396 
Lực thủy động, N 
Lực áp suất -10.551 179.832 365.869 -6.821 91.088 226.676 
Lực nhớt -2.881 -0.197 -0.119 -2.441 -0.168 - 0.002 
Mômen thủy động, N.m 
Áp suất -28.612 1029.540 -504.743 402.198 -161.673 - 
Nhớt 0.004 0.354 -0.219 0.459 -0.074 - 
 Tàu M1317A Tàu M1319 
Hình 3.14. Lực thủy động tác dụng lên các tàu 
- Đa số tàu cá vỏ gỗ nước ta có kích thước nhỏ, đặc tính thủy động lực học 
không tốt nên thành phần sức cản áp suất chiếm tỷ lệ lớn trong sức cản toàn 
bộ. Tỷ lệ này đạt (73 ÷ 77)% như kết quả tính là phù hợp thực tế và giá trị tốc 
độ tàu thường đã gần đạt đến ngưỡng

File đính kèm:

  • pdftom_tat_luan_an_ung_dung_ly_thuyet_cfd_computational_fluid_d.pdf