Phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm ứng dụng cho tàu hai thân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm ứng dụng cho tàu hai thân Mai Thanh Kiều kieu.mt202874m@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực (KH) Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Ngô Văn Hệ Chữ ký GVHD Viện: Cơ khí động lực HÀ NỘI, 03/2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Mai Thanh Kiều Đề tài luận văn: Phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm ứng dụng cho tàu hai thân Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số HV: 20202874M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 02 tháng 04 năm 2022 với nội dung sau: − − − − − − Sửa lỗi chế bản, cách trình bày đồ thị; Bổ sung vị trí cụ thể đặt cánh ngầm thân tàu; Bổ sung tọa độ tâm tàu trường hợp tàu đầy tải; Bổ sung thêm kết luận cụ thể làm bật kết nghiên cứu đề tài; Bổ sung đồ thị phân bố lưới miền khơng gian tính tốn; Sửa đầu mục phần kết luận Ngày 09 tháng 04 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Họ tên học viên: Mai Thanh Kiều SHHV: CB20874 Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Lớp: 20BCKĐL Người hướng dẫn: PGS.TS Ngô Văn Hệ Đơn vị: Khoa Cơ khí Động lực, Trường Cơ khí, ĐH Bách Khoa Hà Nội Tên đề tài (tiếng Việt): Phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm ứng dụng cho tàu hai thân Tên đề tài (tiếng Anh): Analysis hydrodynamic performance of a hydrofoil to apply for a catamaran Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Tàu khách hai thân cao tốc loại tàu khai thác rộng rãi Việt Nam với ưu điểm chạy nhanh tính ổn định cao Dựa vào ưu điểm bật đó, nhiều doanh nghiệp thiết kế có bố trí thêm cánh ngầm nhằm tăng lực nâng cho thân tàu, giúp giảm chiều chìm tàu nhằm giảm lực cản cho tàu Trên sở ứng dụng công cụ mô số CFD, đặc tính thủy động lực cánh ngầm phân tích ứng dụng cụ thể tàu hai thân Mục đích đề tài (các kết cần đạt được): - Sử dụng CFD phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngần ứng dụng tàu hai thân Tính tốn xác định thành phần lực thủy động gồm lực nâng, lực cản tác động lên cánh ngầm Phân tích ảnh hưởng cánh ngầm đến thay đổi chiều chìm lực cản tác động lên thân tàu Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Phân tích điều kiện làm việc thiết kế cánh ngầm cho tàu hai thân Sử dụng CFD phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm Phân tích ảnh hưởng điều kiện làm việc thực tế đến đặc tính thủy động lực cánh ngầm 10 Dự kiến kế hoạch thực hiện: Ghi rõ lịch trình để học viên thực liên hệ với NHD STT Nội dung công việc Thời gian thực Địa điểm thực Khoa CKĐL, ĐHBK Hà Nội Tổng hợp tài liệu 08/202010/2020 Phân tích điều kiện làm việc thiết kế cánh ngầm cho tàu hai thân 10/202012/2020 -nt- Sử dụng CFD phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm 01/20213/2021 -nt- Phân tích ảnh hưởng điều kiện làm việc thực tế đến đặc tính thủy động lực cánh ngầm 4/20216/2021 -nt- Hoàn thiện luận văn 7/20218/2021 -nt- Nộp luận văn 9/2021 -nt- Ghi 01 báo Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu thân tơi hướng dẫn PGS.TS Ngô Văn Hệ Các kết nêu báo cáo luận văn trung thực, khơng phải chép tồn văn cơng trình khác Hà Nơi, ngày 01 tháng 03 năm 2022 Tác giả Mai Thanh Kiều LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Ngô Văn Hệ - cán trực tiếp hướng dẫn thực luận văn này, thầy tận tình giúp đỡ tơi nhiều thời gian học cao học trường đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể thầy, giáo Khoa Cơ khí động lực, Trường Cơ khí, Phịng đào tạo, Đại học Bách khoa Hà Nội bảo, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh Trần Trọng Tuấn – Giám đốc Công ty cổ phần kỹ thuật phát triển công nghệ hàng hải Việt Nam (VITECHCO) toàn thể cán nhân viên công ty tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu đề tài luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắu đến gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ tơi nhiều q trình học tập nghiên cứu Một lần xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ngô Văn Hệ thầy Khoa Cơ khí động lực, Trường Cơ khí, ĐH Bách khoa Hà Nội Tơi xin kính chúc thầy, cô nhiều sức khỏe, đạt nhiều thành cơng nghiệp giảng dạy nghiên cứu TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Cánh ngầm ứng dụng phổ biến loại tàu thủy khác đặc biệt loại tàu cao tốc, tàu cánh ngầm Với mục đích tạo lực nâng, giảm chiều chìm cho tàu hoạt động chế độ lướt bán lướt, cánh ngầm ứng dụng nhằm điều chỉnh cân ổn định giảm lắc cho tàu số trường hợp khai thác cụ thể tàu Trong luận văn này, phần thứ thực khảo sát đặc tính thủy động lực học biên dạng cánh 3D nhằm ứng dụng tàu hai thân, để cải thiện đặc tính thủy động lực cho tàu Thơng qua sử dụng cơng cụ tính mơ số CFD (Computational Fluid Dynamics) đặc tính thủy động lực học biên dạng cánh 3D đề xuất ứng dụng tàu hai thân trình bày Phần thứ hai thực khảo sát đặc tính thủy động lực học tàu hai thân PHU QUOC EXPRESS 18 nguyên mẫu bố trí thêm cánh ngầm Các kết mô số CFD thu đặc tính thủy động lực tàu hai thân với cánh ngầm trình bày cụ thể luận văn HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên DANH MỤC KÍ HIỆU Các đại lượng TT Ký hiệu Đơn vị Lmax m L m Chiều dài lớn Chiều dài tàu Chiều rộng lớn Bmax m Chiều rộng mép boong Bmb m Chiều rộng tàu B m Chiều rộng thân Bh m Chiều cao mạn D m Chiều chìm tàu d m Lượng chiếm nước  Tấn 10 Trọng tải DW Tấn 11 Lượng hàng P Tấn 12 Dung tích tàu GT - 13 Cơng suất máy Ne kW 14 Số lượng khách k Người 15 Số lượng thuyền viên n Người 16 Vận tốc khai thác lớn Vmax Hl/h 17 Diện tích ướt tàu WSAh m2 18 Diện tích ướt cánh ngầm WSAf m2 19 Hoành độ trọng tâm XG m 20 Tung độ trọng tâm YG m 21 Cao độ trọng tâm ZG m 22 Chiều dài miền không gian mô LS m 23 Chiều rộng miền không gian mô BS m 24 Chiều cao miền không gian mô HS m 25 Lực nâng FL kN 26 Lực cản FD m 27 Hệ số lực nâng CL - 28 hệ số lực cản CD - 29 Góc đặt cánh ngầm α Độ 30 Mật độ nước ρ kg/m3 31 Vận tốc dòng chảy v m/s 32 Số Reynolds Re - 33 Ứng suất tập trung lớn σmax Mpa 34 Δzmax mm 35 Biến dạng cánh lớn theo phương z Góc chúi tàu αh Độ 36 Gia số mớn nước ΔT m MỤC LỤC ĐỀ TÀI LUẬN VĂN iii DANH MỤC KÍ HIỆU vii MỤC LỤC ix DANH MỤC HÌNH VẼ xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv MỞ ĐẦU xv CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Đặt vấn đề toán tính thực tiễn 1.3 Phương pháp nghiên cứu, mục đích nghiên cứu nội dung luận văn CHƯƠNG MƠ PHỎNG SỐ ĐẶC TÍNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH NGẦM 2.1 Mơ hình nghiên cứu 2.2 Cơ sở lý thuyết điều kiện tính tốn 2.2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2.2 Các mô hình lý 2.2.3 Phương trình chủ đạo 2.3 Miền không gian tính tốn chia lưới 10 2.4 Thiết lập điều kiện tính tốn 12 2.5 Kết q trình mơ cánh độc lập 13 2.5.1 Kết phân bố mặt thoáng, áp suất, biến dạng cánh 13 2.5.2 Kết lực thủy động tác dụng lên cánh ngầm 18 CHƯƠNG MƠ PHỎNG SỐ ĐẶC TÍNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC THÂN TÀU KHÔNG LẮP CÁNH NGẦM 23 3.1 Mơ hình tốn mơ thân tàu 23 3.1.1 Giới thiệu chung tàu thân nghiên cứu 23 3.1.2 Thông số kỹ thuật chủ yếu tàu 23 3.1.3 Kích thước miền khơng gian bao quanh thân tàu 23 3.2 Chia lưới miền khơng gian tính tốn 24 3.3 Thiết lập mơ hình điều kiện mô 26 3.3.1 Mơ hình lý 26 3.3.2 Thiết lập mơ hình chuyển động bậc tự 26 3.4 3.3.3 Định nghĩa dòng chảy 29 3.3.4 Thiết lập điều kiện biên 29 Kết q trình mơ thân tàu 30 3.4.1 Kết phân bố pha, mặt thoáng, áp suất thân tàu 30 3.4.2 Kết lực thủy động tác dụng lên thân tàu 35 CHƯƠNG MƠ PHỎNG SỐ ĐẶC TÍNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH NGẦM GẮN VỚI THÂN TÀU 40 4.1 Mơ hình tốn mơ cánh ngầm gắn với thân tàu 40 4.2 Miền khơng gian tính tốn chia lưới 40 4.3 Thiết lập điều kiện biên 42 4.4 Kết q trình mơ cánh ngầm lắp thân tàu 42 4.4.1 Kết phân bố pha, mặt thoáng, áp suất tàu cánh 42 4.4.2 Kết lực thủy động tác dụng lên thân tàu cánh 48 CHƯƠNG TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 57 5.1 5.2 Lực thủy động tác động lên cánh 57 5.1.1 Trường hợp tính theo lý thuyết mơ cánh độc lập 57 5.1.2 Trường hợp mô cánh độc lập cánh gắn với thân tàu 58 5.1.3 Trường hợp mô thân tàu thân tàu lắp cánh ngầm 62 Đánh giá 63 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 66 ĐỒ THỊ LỰC CẢN THEO VẬN TỐC 24.00 Lực cản (kN) 20.00 18.39 16.48 16.00 10.89 12.00 14.46 12.63 8.00 4.00 0.00 24 25 26 27 28 29 30 Vận tốc (Hl/h) 31 32 33 34 Hình 4.29 Đồ thị lực cản cánh đuôi theo vận tốc b Kết lực thủy động tác dụng lên cánh ngầm mũi Tổng hợp kết lực nâng, lực cản cánh ngầm phía mũi trường hợp lắp với thân tàu thể bảng: Bảng 4.2 Kết quả lực thủy động tác dụng lên cánh ngầm mũi STT v (Knot) v (m/s) FD (kN) FL (kN) CD CL 25 12.86 9.21 81.95 0.062 0.556 27 13.89 10.57 92.97 0.061 0.540 29 14.92 12.14 105.85 0.061 0.533 31 15.95 13.77 119.79 0.061 0.528 33 16.98 15.27 133.18 0.059 0.518 Từ bảng tổng hợp kết quả, xây dựng đồ thị thể mối quan hệ lực nâng, lực cản cánh ngầm phía mũi theo vận tốc 52 ĐỒ THỊ LỰC NÂNG THEO VẬN TỐC 150.00 133.18 119.79 Lực nâng (kN) 125.00 105.85 100.00 92.97 81.95 75.00 50.00 25.00 0.00 24 25 26 27 28 29 30 31 Vận tốc (Hl/h) 32 33 34 Hình 4.30 Đồ thị lực nâng cánh mũi theo vận tốc Lực cản (kN) ĐỒ THỊ LỰC CẢN THEO VẬN TỐC 22.00 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 10.57 9.21 24 25 26 27 12.14 28 29 30 Vận tốc (Hl/h) 15.27 13.77 31 32 33 34 Hình 4.31 Đồ thị lực cản cánh mũi theo vận tốc 53 c Kết lực thủy động tác dụng lên thân tàu Tổng hợp kết lực nâng, lực cản, gia số mớn nước, góc chúi hệ số lực cản thân tàu lắp cánh bảng: Bảng 4.3 Kết quả lực thủy động tác dụng lên thân tàu TT v (hl/h) WLA (m2) Fr FD (kN) FL (kN) CD CL ΔT (mm) αh (độ) 25 0.75 100.5 81.30 133.7 0.0024 0.0039 201 -1.41 27 0.81 99.5 87.23 175.0 0.0022 0.0044 233 -1.22 29 0.87 99.4 93.47 187.4 0.0021 0.0041 240 -1.12 31 0.93 99.3 101.29 201.0 0.0020 0.0039 252 -1.08 33 Trong đó: 0.99 98.7 108.87 227.3 0.0019 0.0039 275 -1.03 − − − − − − − v vận tốc dòng chảy hay vận tốc tàu (hl/h); FL lực nâng (kN); FD lực cản (kN); CD hệ số lực cản; CL hệ số lực nâng; ΔT gia số mớn nước (mm); αh góc chúi tàu (độ) Chú thích: Độ thay đổi mớn nước góc chúi tính tốn so với gốc tọa độ đặt trọng tâm tàu Góc chúi xác định tương tự Hình 3.29 Từ bảng tổng hợp kết quả, xây dựng đồ thị thể mối quan hệ lực nâng, lực cản, gia số mớn nước độ chúi tàu theo vận tốc ĐỒ THỊ LỰC NÂNG THEO VẬN TỐC 227.3 Lực nâng (kN) 250.0 175.0 200.0 187.4 201.0 133.7 150.0 100.0 50.0 0.0 24 25 26 27 28 29 30 31 Vận tốc (Hl/h) 32 33 34 Hình 4.32 Đồ thị lực nâng tàu theo vận tốc 54 ĐỒ THỊ LỰC CẢN THEO VẬN TỐC 150.00 Lực cản (kN) 125.00 100.00 81.30 87.23 93.47 27 28 29 30 Vận tốc (Hl/h) 108.87 101.29 75.00 50.00 25.00 0.00 24 25 26 31 32 33 34 Hình 4.33 Đồ thị lực cản tàu theo vận tốc ĐỒ THỊ GIA SỐ MỚN NƯỚC THEO VẬN TỐC Gia số mớn nước (mm) 350 300 233 250 240 275 252 201 200 150 100 50 23 24 25 26 27 28 29 30 Vận tốc (hl/h) 31 32 33 34 Hình 4.34 Đồ thị gia số mớn nước tàu theo vận tốc 55 Góc chúi (độ) ĐỒ THỊ GÓC CHÚI THEO VẬN TỐC 0.00 -0.20 23 -0.40 -0.60 -0.80 -1.00 -1.20 -1.40 -1.60 -1.80 -2.00 24 25 26 27 -1.22 28 29 30 -1.12 31 32 -1.08 33 34 -1.03 -1.41 Vận tốc (hl/h) Hình 4.35 Đồ thị góc chúi tàu theo vận tốc Từ kết tính tốn mơ phỏng, đưa số nhận xét sau: − Giá trị lực nâng, lực cản tác dụng lên thân tàu cánh ngầm tăng đồng biến theo giá trị vận tốc; − Giá trị lực nâng tác dụng lên cánh ngầm phía mũi phía có khác đáng kể Cụ thể lực nâng cành ngầm phía mũi lớn cánh ngầm phía đi, lực cản cánh ngầm phía lại lớn phía mũi; − Gia số mớn nước thân tàu tăng đáng kể lắp thêm cánh ngầm, cụ thể 275 mm, giảm 20% chiều chìm thiết kế vận tốc 33 hải lý/h thân tàu bổ sung lực nâng từ cánh ngầm; − Góc chúi lái giảm từ 1.41 xuống 1.03 (độ) vận tốc tàu tăng từ 25 đến 33 (hải lý/h) mô men quay tạo từ lực nâng cánh ngầm phía mũi phía đi; − Hình ảnh kết phân bố pha cánh ngầm mũi cho thấy cánh ngầm mũi có vệt nước bắn lên cao so với cánh đuôi; − Khu vực mặt thoáng thân gần khu vực cánh ngầm biến động mạnh ảnh hưởng cánh ngầm 56 CHƯƠNG TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 5.1 Lực thủy động tác động lên cánh 5.1.1 Trường hợp tính theo lý thuyết mơ cánh độc lập Trong phần này, lực thủy động tác động lên cánh trường hợp tính theo cơng thức lí thuyết mơ cánh độc lập đánh giá, so sánh cụ thể Bảng 5.1 Bảng so sánh lực nâng cánh tính theo cơng thức lý thuyết mô STT v (Knot) v (m/s) Re FL1(kN) FL2(kN) 25 12.86 62993 93.67 75.43 27 13.89 68033 109.25 87.73 29 14.92 73072 126.04 101.07 31 15.95 78112 144.02 115.36 33 16.98 83151 163.2 130.61 Trong đó: − FL1 lực nâng tác dụng lên cánh ngầm tính theo cơng thức lý thuyết (kN); − FL2 lực nâng tác dụng lên cánh ngầm trường hợp mô cánh độc lập (kN) Lực nâng (kN) ĐỒ THỊ LỰC NÂNG THEO VẬN TỐC 200.00 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 163.20 144.02 126.04 109.25 93.67 130.61 101.07 87.73 75.43 24 25 115.36 26 27 Tính tốn lý thuyết 28 29 30 Vận tốc (Hl/h) 31 32 33 34 Tính tốn mơ Hình 5.1 Đồ thị so sánh lực nâng cánh tính theo cơng thức lý thuyết mơ 57 Bảng 5.2 Bảng so sánh lực cản cánh tính tốn lý thuyết mơ STT v (Knot) v (m/s) Re FD1 (kN) FD2 (kN) 25 12.86 62993 7.08 8.9 27 13.89 68033 8.26 10.36 29 14.92 73072 9.53 11.94 31 15.95 78112 10.89 13.62 33 16.98 83151 12.34 15.12 Trong đó: − FD1 lực cản tác dụng lên cánh ngầm tính theo cơng thức lý thuyết (kN); − FD2 lực cản tác dụng lên cánh ngầm trường hợp mô cánh độc lập (kN) Lực cản (kN) ĐỒ THỊ LỰC CẢN THEO VẬN TỐC 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 15.42 13.62 10.36 8.26 8.90 7.08 24 25 26 27 Tính tốn lý thuyết 11.94 9.53 12.34 10.89 28 29 30 31 Vận tốc (Hl/h) 32 33 34 Tính tốn mơ Hình 5.2 Đồ thị so sánh lực cản cánh tính tốn lý thuyết mô Từ đồ thị cho thấy thành phần lực nâng, lực cản tăng đồng biến theo vận tốc; kết giá trị lực nâng từ q trình mơ nhỏ kết tính tốn lý thuyết, giá trị lực cản từ mơ lại lớn kết tính tốn lý thuyết 5.1.2 Trường hợp mô cánh độc lập cánh gắn với thân tàu a Kết phân bố áp suất bao quanh cánh hình ảnh mặt thống: 58 Hình 5.3 Phân bố mặt thống trường hợp tàu chưa lắp cánh ngầm Hình 5.4 Phân bố mặt thống trường hợp tàu lắp cánh ngầm − Mặt thoáng khu vực thân tàu lắp cánh biến động mạnh so với tàu ko lắp cánh; − Phân bố áp suất cánh ngầm hai trường hợp tương đối giống nhau; − Dịng xốy khu vực giao cánh cánh trường hợp lắp với thân tàu so với trường hợp mơ cánh độc lập 59 b Kết lực tác động lên cánh: Bảng 5.3 Bảng so sánh lực nâng cánh mô cánh độc lập lắp với tàu STT v (Knot) v (m/s) Re FL2 (kN) FL4a (kN) FL4b (kN) 25 12.86 62993 75.43 65.99 81.95 27 13.89 68033 87.73 76.63 92.97 29 14.92 73072 101.07 89.18 105.85 31 15.95 78112 115.36 101.59 119.79 33 16.98 83151 130.61 115.62 133.18 Trong đó: − FL2 lực nâng tác dụng lên cánh ngầm trường hợp mô cánh độc lập (kN); − FL4a lực nâng tác dụng lên cánh ngầm đuôi trường hợp mô cánh gắn với thân tàu (kN); − FL4b lực nâng tác dụng lên cánh ngầm mũi trường hợp mô cánh gắn với thân tàu (kN) ĐỒ THỊ LỰC NÂNG THEO VẬN TỐC 160.00 133.18 Lực nâng (kN) 140.00 119.79 120.00 105.85 100.00 92.97 81.95 101.07 87.73 80.00 75.43 130.61 115.36 115.62 101.59 89.18 76.63 60.00 65.99 40.00 20.00 24 25 26 27 28 29 30 31 Vận tốc (Hl/h) Cánh phía tàu 32 33 34 Cánh phía mũi tàu Mơ cánh độc lập Hình 5.5 Đồ thị so sánh lực nâng cánh mô cánh độc lập lắp với tàu 60 Bảng 5.4 Bảng so sánh lực cản cánh mô cánh độc lập lắp với tàu STT v (Knot) v (m/s) Re FD2 (kN) FD4a (kN) FD4b (kN) 25 12.86 62993 8.9 10.89 9.21 27 13.89 68033 10.36 12.63 10.57 29 14.92 73072 11.94 14.46 12.14 31 15.95 78112 13.62 16.48 13.77 33 16.98 83151 15.12 18.39 15.27 Trong đó: − FD2 lực cản tác dụng lên cánh ngầm trường hợp mô cánh độc lập (kN); − FD4a lực cản tác dụng lên cánh ngầm đuôi trường hợp mô cánh gắn với thân tàu (kN); − FD4b lực cản tác dụng lên cánh ngầm mũi trường hợp mô cánh gắn với thân tàu (kN) Lực cản (kN) ĐỒ THỊ LỰC CẢN THEO VẬN TỐC 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 18.39 16.48 14.46 12.63 10.89 15.27 13.62 10.57 11.94 10.36 8.9 25 13.77 12.14 9.21 24 15.42 26 27 28 29 30 31 Vận tốc (Hl/h) Cánh phía tàu 32 33 34 Cánh phía mũi tàu Mơ cánh độc lập Hình 5.6 Đồ thị so sánh lực cản cánh mô cánh độc lập lắp với tàu Từ đồ thị nhận thấy có sai khác đáng kể lực nâng lẫn lực cản hai trường hợp mô Trong trường hợp mô cánh lắp với thân tàu, lực cản cánh ngầm phía lớn cánh phía mũi, cịn lực nâng nhỏ 61 Giá trị lực nâng trường hợp mô cánh độc lập lớn lực nâng cánh ngầm đuôi nhỏ cánh ngầm mũi trường hợp cánh lắp thân tàu Từ cho thấy rõ ảnh hưởng thân tàu tới lực nâng cánh ngầm 5.1.3 Trường hợp mô thân tàu thân tàu lắp cánh ngầm So sánh lực cản tác dụng lên tàu có cánh khơng có cánh dựa vào đồ thị tổng hợp kết quả: Bảng 5.5 Bảng so sánh lực cản tàu trường hợp tàu khơng có cánh tàu lắp cánh STT v (Knot) v (m/s) Re FD3 (kN) FD4c (kN) 25 12.86 62993 89.94 81.3 27 13.89 68033 95.19 87.23 29 14.92 73072 102.93 93.47 31 15.95 78112 110.41 101.29 33 16.98 83151 117.27 108.87 Trong đó: − FD3 lực cản tác dụng lên thân tàu trường hợp mơ khơng có cánh (kN); − FD4c lực cản tác dụng lên thân tàu trường hợp mô tàu lắp cánh (kN); ĐỒ THỊ LỰC CẢN THEO VẬN TỐC 160.00 Lực cản (kN) 140.00 120.00 95.19 89.94 100.00 80.00 93.47 87.23 81.30 60.00 102.93 117.27 110.41 108.87 101.29 40.00 20.00 0.00 24 25 26 27 28 29 30 31 Vận tốc (Hl/h) Tàu khơng có cánh 32 33 34 Tàu lắp cánh ngầm Hình 5.7 So sánh lực cản tàu trường hợp tàu cánh tàu lắp cánh Từ đồ thị so sánh, nhận thấy lực cản lên thân tàu giảm đáng kể tàu lắp thêm cánh ngầm, cụ thể vận tốc 33 hải lý/h lực cản giảm từ 117.27 kN xuống 108.87 kN, giảm 7% so với sức cản thân tàu chưa lắp cánh Lực cản 62 vận tốc 33 hải lý/h trường hợp tàu lắp thêm cánh xấp xỉ lực cản 30 hải lý/h (vận tốc thiết kế lớn nhất) trường hợp tàu chưa lắp cánh Qua rút vận tốc lớn tàu tăng từ 30 hl/h lên tới 33 hl/h sau lắp thêm cánh ngầm 5.2 Đánh giá Qua q trình mơ phỏng, từ kết thu đánh giá cánh ngầm thiết kết ứng dụng cho tàu thân PHU QUOC EXPRESS 18 đáp ứng đủ yêu cầu kỹ thuật lực nâng, lượng thay đổi mớn nước, ứng suất biến dạng cánh Sau tàu lắp thêm cánh ngầm có ưu nhược điểm: Bảng 5.6 Bảng phân tích đánh giá Ưu điểm - Nhược điểm Lực nâng tăng 23%; Góc chúi lái tăng từ 0.79 lên 1.03 (độ) Chiều chìm giảm 20% so với thiết kế; Sức cản thân tàu giảm 7%; Vận tốc lớn tăng 10% 63 KẾT LUẬN Nội dung luận văn đáp ứng đủ yêu cầu đề như: phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm; xác định lực thủy động tác dụng lên cánh ngầm; phân tích ảnh hưởng cánh ngầm đến thay đổi chiều chìm, lực cản tác dụng lên thân tàu Bên cạnh đó, luận văn trình bày khái quát bước thiết lập toán mơ số có chuyển động theo bậc tự đối tượng mô phầm mềm STAR-CCM+ Qua giúp người đọc có nhìn tổng quan tốn mơ dịng chảy nói chung tốn mơ tàu thủy, phương tiện thủy thơng minh nói riêng Ý nghĩa kết thu giúp ích cho q trình thiết kế biên dạng cánh ngầm cho phù hợp với mục tiêu giảm lực cản ứng dụng cho tàu hai thân khai thác tương tự Bên canh giúp ích cho việc kiểm tra ổn định bổ sung cho tàu, tính tốn lựa chọn kết cấu cánh ngầm đảm bảo điều kiện đủ bền, biên dạng tiết kiệm vật tư chế tạo cánh Một phần kết thu luận văn báo cáo Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 24, Hội nghị KH&CN khí – động lực 2021 Trong nội dung luận văn, đề tài nghiên cứu mẫu cánh ứng dụng cho tàu hai thân với vị trí lắp cố định thân tàu Do hướng phát triển đề tài tương lai phân tích ảnh hưởng vài mẫu cánh ngầm khác đến điều kiện làm việc tàu hai thân ví dụ mẫu cánh gắn trực tiếp vào mạn phía hai thân, thay đổi vị trí đặt cánh để giảm độ chúi tàu chạy tốc độ cao 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A S A A B Hari Prastowo, Analysis and Optimation Hydrofoil Supported Catamaran (HYSUCAT) Size 25 Meter, Based on CFD Method, Int J of Marine Engineering Innovation and Research, 2016 [2] G Migeotte, Design and optimization of hydrofoil-assisted catamarans, Stellenbosch: Stellenbosch University, 2002 [3] M M A a I A Haque, Experimental investigation on the performance of NACA 4412 aerofoil with curved leading edge planform, Procedia Engineering, 2015 [4] T C Nghị, Thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy nhanh, Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2005 [5] H K a C Yang, Hydrodynamic Optimization of Multihull Ships, 11th International Conference on Fast Sea Transportation FAST, 2011 [6] M T T a Y K Ahmed, Aerodynamics of a NACA4412 airfoil in ground effect, AIAA journal, 2007 65 PHỤ LỤC A1 Bài báo: “Phân tích đặc tính thủy động lực học cánh ngầm ứng dụng tàu hai thân”, tác giả Ngô Văn Hệ, Mai Thanh Kiều, đăng Tuyển tập Cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 24, tháng 12/2021 A2 Bài báo: “Nghiên cứu mô số biến dạng cánh ngầm tàu cao tốc trình vận hành”, tác giả Phạm Văn Sáng, Phạm Thị Thanh Hương, Mai Thanh Kiều, đăng Hội nghị khoa học & cơng nghệ khí động lực lần thứ XIV 66 ... CFD, đặc tính thủy động lực cánh ngầm phân tích ứng dụng cụ thể tàu hai thân Mục đích đề tài (các kết cần đạt được): - Sử dụng CFD phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngần ứng dụng tàu hai thân. .. Phân tích điều kiện làm việc thiết kế cánh ngầm cho tàu hai thân Sử dụng CFD phân tích đặc tính thủy động lực cánh ngầm Phân tích ảnh hưởng điều kiện làm việc thực tế đến đặc tính thủy động lực. .. tính thủy động lực học cánh ngầm thiết kế cho tàu hai thân, xem xét ảnh hưởng điều kiện làm việc cánh ngầm tới đặc tính thủy động lực học thân tàu Áp dụng thiết kế cánh ngầm cho tàu khai thác tàu