Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng tới lực cản tổng thể của thiết bị lặn không người lái

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng tới lực cản tổng thể của thiết bị lặn không người lái NGUYỄN ĐÌNH QUANG nguyendinhquangbka@gmail.com Ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực Giảng viên hướng dẫn: TS Lưu Hồng Quân Chữ ký GVHD Trường: Cơ Khí Khoa: Cơ khí động lực HÀ NỘI, 05/2022 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 : Nguyễn Đình Quang Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng tới lực cản tổng thể thiết bị lặn không người lái Chuyên ngành:Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số HV: 20202791M 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 13/05/2022 với nội dung sau: - Điều chỉnh số công thức (công thức 2.3, …) Trích dẫn tài liệu tham khảo, khơng để trích dẫn mục lớn Phần tổng quan cần bổ sung nghiên cứu trực tiếp đến ảnh hưởng hình dáng đến lực cản Sai tả, lỗi chế Đờ thị trình bày cần biểu tượng khác để in đen trắng rõ Đánh số lại bảng, hình ảnh theo thứ tự từ đầu tới cuối Một số hình ảnh, đờ thị, kích thước chữ cịn nhỏ Nhiều hình ảnh mơ đưa thiếu phân tích nhận xét Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn Nguyễn Đình Quang CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Thông tin học viên : Họ tên học viên: Nguyễn Đình Quang MSHV: 20202791M Điện thoại: +84.47.427.357 Email: nguyendinhquangbka@gmail.com Lớp: 20BKTHK Hệ đào tạo: Chính quy Đờ án thực tại: Bộ môn Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ Ngày giao nhiệm vụ: 08/12/2020 Ngày hồn thành nhiệm vụ: 08/04/2022 Mục đích nội dung của Luận văn : - Tìm hiểu lực cản tổng thể thiết bị lặn không người lái (ROV) thay đổi hình dáng, kích thước chúng Trong đối tượng nghiên cứu mẫu thiết bị lặn PGS.TS Phan Anh Tuấn cung cấp - Sử dụng mơ hình pha mơ hình đa pha ANSYS để mơ tượng khí động ROV chìm hẳn nước ROV gần mặt nước - Quan sát, đánh giá so sánh kết lực cản tổng thể thay đổi hình dáng thiết bị lặn khơng người lái Các nhiệm vụ cụ thể của luận văn : - Giới thiệu thiết bị lặn không người lái, ảnh hưởng khí động lực học đến kết cấu thân, vỏ - Giới thiệu mơ hình giải tốn đa pha kết hợp với mơ hình sóng Open Channel Flow - Mô động lực học thiết bị lặn khơng người lái trường hợp ROV chìm hẳn nước, trường hợp ROV gần mặt nước ROV bơi sát mặt nước Đánh giá kết Lời cam đoan của sinh viên : Tôi, Nguyễn Đình Quang, cam kết Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu thân tơi hướng dẫn TS Lưu Hồng Quân PGS.TS Phan Anh Tuấn Các kết nêu Luận văn thạc sĩ trung thực kết chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội,ngày 08 tháng 05 năm 2022 Tác giả LVThS - Nguyễn Đình Quang Xác nhận của giảng viên hướng dẫn mức độ hoàn thành của Luận văn cho phép bảo vệ : …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn TS Lưu Hồng Quân Nhận xét đánh giá của giảng viên phản biện : …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2022 Giảng viên phản biện Lời cảm ơn Sau thời gian thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng tới lực cản tổng thể thiết bị lặn không người lái” Luận văn hồn thành khơng cơng sức thân tác giả mà cịn có giúp đỡ, hỗ trợ tích cực cá nhân tập thể Trước hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Lưu Hồng Quân, thầy trực tiếp hướng dẫn luận văn cho tác giả Thầy dành cho tác giả nhiều thời gian, công sức, đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến, nhận xét quý báu để giúp luận văn hoàn thiện Thầy quan tâm, động viên, nhắc nhở kịp thời để em hồn thành luận văn đúng tiến độ Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Phan Anh Tuấn Những ý kiến đóng góp quý báu quan tâm, động viên bảo tận tình thầy vừa giúp tác giả có khích lệ, tin tưởng vào thân, vừa tạo động lực nhắc nhở tác giả có trách nhiệm với đề tài mình, giúp luận văn hồn chỉnh tốt Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến công ty Akselos SA V.N tạo điều kiện thuận lợi mặt thời gian, hỗ trợ mặt chuyên mơn để tác giả hồn thành tốt chương trình đào tạo cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, vừa làm việc công ty Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, học viên lớp cao học 20BKTHK động viên nhau, quan tâm giúp đỡ tác giả trình học tập thực luận văn Tác giả Nguyễn Đình Quang MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN THIẾT BỊ LẶN KHÔNG NGƯỜI LÁI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Phạm vi ứng dụng đề tài 1.4 Mục tiêu đề tài 1.5 Đối tượng mục đích nghiên cứu 1.6 Phương pháp quy trình nghiên cứu 1.7 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG THỦY ĐỘNG LỰC HỌC THIẾT BỊ LẶN KHÔNG NGƯỜI LÁI 2.1 Các giả thiết xây dựng mơ hình thủy động lực học ROV 2.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân thủy động lực học ROV 2.3 Các phương trình lực cản tác động lên ROV 12 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ 15 3.1 Phương pháp CFD lý thuyết dòng chảy 15 3.1.1 Tổng quan phương pháp CFD (Computational Fluid Dynamics) 15 3.1.2 Hệ phương trình Navier – Stockes 15 3.1.3 Hệ phương trình Reynolds Navier – Stokes tính tốn thủy lực động lực học chất lỏng 16 3.1.4 Các mơ hình rối 17 3.1.5 Tổng quan lý thuyết lớp biên 18 3.1.6 Tổng quan hạn chế mơ hình VOF (Volume Fraction Fluid) 19 3.1.7 Open Channel Flow 20 3.1.8 Điều kiện biên “Open Channel Wave” 21 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH DÁNG ROV ĐẾN LỰC CẢN 22 4.1 Thông số thiết bị lặn không người lái 22 4.1.1 Mơ số tính tốn lực cản thiết bị không người lái ROV 23 4.1.2 Chia lưới mơ hình 24 4.1.3 Thiết lập điều kiện biên 25 4.1.4 Chỉ số Y+ 26 4.2 4.3 Kết tính tốn mơ ROV 27 4.2.1 Trường hợp ROV gốc (M) 27 4.2.2 Trường hợp ROV giảm bán kính ngang 5% (M1) 32 4.2.3 Trường hợp ROV giảm bán kính ngang 10% (M2) 36 4.2.4 Trường hợp ROV tăng bán kính ngang 5% (M3) 41 4.2.5 Trường hợp ROV tăng bán kính ngang 10% (M4) 46 Tổng lực cản tác dụng lên ROV thay đổi hình dáng 50 4.3.1 ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước cm 51 4.3.2 ROV hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30 m 51 4.3.3 ROV hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20 cm 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Các loại UUVs Hình 2: Phương tiện ngầm tự hành SPURV Hình 3: Ngư lôi “Fish” Hình 4: Ifremer L’Epaulard AUV Hình 5: REMUS 6000 Hình 6: SEAOTTER MKII Hình 7: Bluefin - Hình 8: Bản vẽ thiết bị lặn khơng người lái Hình 9: Mơ hình 3D ROV Hình 10: Sơ đờ cấu tạo ROV Hình 11: Mơ hình thủy động lực học ROV Hình 12: Phép quay Roll – Pitch – Yaw ( quay quanh trục OZ, OY1, OX2) Hình 13: Các vùng khơng gian định nghĩa dòng chảy 18 Hình 14: Bản vẽ thiết bị lặng khơng người lái ROV 22 Hình 15: Mơ hình 3D ROV Hình 16: Mơ hình kết cấu thân ROV 22 Hình 17: Các mặt cắt sau thay đổi hình dáng M-M1-M2-M3-M4 22 Hình 18: Miền khơng gian tính tốn – chế độ bơi bơi gần mặt nước 23 Hình 19: Miền khơng gian tính tốn – chế độ bơi ngầm 30m 24 Hình 20: Mơ hình lưới Hình 21: Chia lớp biên 24 Hình 22: Đặt tên mặt – miền tính tốn chế độ bơi bơi gần mặt nước 25 Hình 23: Đặt tên mặt – miền tính tốn chế độ bơi ngầm 25 Hình 24: Chỉ số Y+ thân ROV 27 Hình 25: Biểu đờ thể giá trị lực cản 27 Hình 26: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 27: Phân bố vận tốc – MCĐ 28 Hình 28: Phân bố áp suất – MCN Hình 29: Phân bố vận tốc - MCN 28 Hình 30: Hai pha lỏng, khí – MCĐ Hình 31: Hai pha lỏng, khí - MCN 28 Hình 32: Phân bố áp suất thân ROV 28 Hình 33: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) 29 Hình 34: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 35: Phân bố vận tốc - MCN 29 Hình 36: Phân bố áp suất – MCN Hình 37: Phân bố vận tốc - MCN 30 Hình 38: Phân bố áp suất thân ROV 30 Hình 39: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) 31 Hình 40: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 41: Phân bố vận tốc - MCĐ 31 Hình 42: Hai pha lỏng, khí – MCĐ Hình 43: Phân bố áp suất thân ROV 31 Hình 44: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 32 Hình 45: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 46: Phân bố vận tốc - MCĐ 32 Hình 47: Phân bố áp suất – MCN Hình 48: Phân bố vận tốc - MCN 33 Hình 49: Hai pha lỏng, khí – MCĐ Hình 50: Hai pha lỏng, khí - MCN 33 Hình 51: Phân bố áp suất thân ROV 33 Hình 52: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 34 Hình 53: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 54: Phân bố vận tốc - MCĐ 34 Hình 55: Phân bố áp suất – MCN Hình 56: Phân bố vận tốc - MCN 34 Hình 57: Phân bố áp suất thân ROV 35 Hình 58: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 35 Hình 59: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 60: Phân bố vận tốc - MCĐ 36 Hình 61: Hai pha lỏng khí – MCĐ Hình 62: Áp suất phân bố thân ROV 36 Hình 63: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 37 Hình 64: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 65: Phân bố vận tốc - MCĐ 37 Hình 66: Phân bố áp suất – MCN Hình 67: Phân bố vận tốc - MCN 37 Hình 68: Hai pha lỏng, khí – MCN Hình 69: Hai pha lỏng, khí - MCĐ 38 Hình 70: Phân bố áp suất thân ROV 38 Hình 71: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 39 Hình 72: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 73: Phân bố vận tốc - MCĐ 39 Hình 74: Phân bố áp suất – MCN Hình 75: Phân bố vận tốc - MCN 39 Hình 76: Áp suất thân ROV 40 Hình 77: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 40 Hình 78: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 79: Phân bố vận tốc – MCĐ 41 Hình 80: Hai pha lỏng, khí Hình 81: Phân bố áp suất thân ROV 41 Hình 82: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 42 Hình 83: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 84: Phân bố vận tốc - MCĐ 42 Hình 85: Phân bố áp suất – MCN Hình 86: Phân bố vận tốc – MCN 42 Hình 87: Hai pha lỏng, khí – MCĐ Hình 88: Hai pha lỏng, khí – MCN 43 Hình 89: Phân bố áp suất thân ROV 43 Hình 90: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 44 Hình 91: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 92: Phân bố vận tốc – MCĐ 44 Hình 93: Phân bố áp suất – MCN Hình 94: Phân bố vận tốc – MCN 44 Hình 95: Phân bố áp suất thân ROV 45 Hình 96: Biểu đờ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 45 Hình 97: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 98: Phân bố vận tốc – MCN 46 Hình 99: Hai pha lỏng, khí Hình 100: Áp suất thân ROV 46 Hình 101: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 47 Hình 102: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 103: Phân bố vận tốc – MCĐ 47 Hình 104: Phân bố áp suất – MCN Hình 105: Phân bố vận tốc – MCN 47 Hình 106: Hai pha lỏng, khí – MCĐ Hình 107: Hai pha lỏng, khí – MCN 48 Hình 78: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 80: Hai pha lỏng, khí Hình 79: Phân bố vận tốc – MCĐ Hình 81: Phân bố áp suất thân ROV 4.2.3.4 Đánh giá: Lực cản tổng tác dụng lên ROV tăng dần khảo sát dải vận tốc tăng dần từ m/s đến m/s Lực cản tổng tác dụng lên ROV trường hợp M2 – bán kính ngang giảm 5% lớn so với lực cản tổng tác dụng lên ROV trường hợp M – gốc + 8.6% với M2 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm + 1.7% với M2 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m + 1.9% với M2 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm 4.2.4 Trường hợp ROV tăng bán kính ngang 5% (M3) 4.2.4.1 ROV hoạt động ở chế độ bơi nổi cách mặt nước 5cm Kết mô trường hợp thể bảng, đờ thị hình ảnh đây: Dưới bảng giá trị lực cản ROV (M3) tăng bán kính ngang 5%: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) 24.7 57.6 137.6 168.3 280.6 Bảng 10: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đồ thể giá trị lực cản ROV 41 Hình 82: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới hình ảnh thể áp suất, vận tốc, pha trường hợp ROV(M3) hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm tương ứng với giá trị vận tốc 5m/s: Hình 83: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 84: Phân bố vận tốc - MCĐ Hình 85: Phân bố áp suất – MCN Hình 86: Phân bố vận tốc – MCN 42 Hình 87: Hai pha lỏng, khí – MCĐ Hình 88: Hai pha lỏng, khí – MCN Hình 89: Phân bố áp suất thân ROV 4.2.4.2 ROV hoạt động ở chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m Kết mô trường hợp thể bảng, đồ thị hình ảnh đây: Dưới bảng giá trị lực cản ROV (M3) tăng bán kính ngang 5%: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) 6.4 23.8 51.4 87.8 133.0 Bảng 11: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đờ thể giá trị lực cản ROV 43 Hình 90: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới hình ảnh thể áp suất, vận tốc trường hợp ROV (M3) hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m tương ứng với giá trị vận tốc 5m/s: Hình 91: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 92: Phân bố vận tốc – MCĐ Hình 93: Phân bố áp suất – MCN Hình 94: Phân bố vận tốc – MCN 44 Hình 95: Phân bố áp suất thân ROV 4.2.4.3 ROV hoạt động ở chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20cm Kết mô trường hợp thể bảng, đờ thị hình ảnh đây: Dưới bảng giá trị lực cản ROV (M3) giảm bán kính ngang 5%: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) 17.9 55.1 130.5 150.7 240.6 Bảng 12: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đờ thể giá trị lực cản ROV Hình 96: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới hình ảnh thể áp suất, vận tốc, pha trường hợp ROV (M3) hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20cm tương ứng với giá trị vận tốc 5m/s: 45 Hình 97: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 98: Phân bố vận tốc – MCN Hình 99: Hai pha lỏng, khí Hình 100: Áp suất thân ROV 4.2.4.4 Đánh giá: Lực cản tổng tác dụng lên ROV tăng dần khảo sát dải vận tốc tăng dần từ m/s đến m/s Lực cản tổng tác dụng lên ROV trường hợp M3 – bán kính ngang giảm 5% lớn so với lực cản tổng tác dụng lên ROV trường hợp M – gốc + 25.5% với M3 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm + 4.4% với M3 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m + 13.7% với M3 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm 4.2.5 Trường hợp ROV tăng bán kính ngang 10% (M4) 4.2.5.1 ROV hoạt động ở chế độ bơi nổi cách mặt nước 5cm Kết mô trường hợp thể bảng, đờ thị hình ảnh đây: Dưới bảng giá trị lực cản ROV (M4) tăng bán kính ngang 10%: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) 25.7 62.1 147.7 184.8 311.9 Bảng 13: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đồ thể giá trị lực cản ROV 46 Hình 101: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới hình ảnh thể áp suất, vận tốc, pha trường hợp ROV (M4) hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm tương ứng với giá trị vận tốc 5m/s: Hình 102: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 103: Phân bố vận tốc – MCĐ Hình 104: Phân bố áp suất – MCN Hình 105: Phân bố vận tốc – MCN 47 Hình 106: Hai pha lỏng, khí – MCĐ Hình 107: Hai pha lỏng, khí – MCN Hình 108: Phân bố áp suất thân ROV 4.2.5.2 ROV hoạt động ở chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m Kết mô trường hợp thể bảng, đờ thị hình ảnh đây: Dưới bảng giá trị lực cản ROV (M4) tăng bán kính ngang 10%: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) 6.5 24.0 51.9 89.4 135.5 Bảng 14: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đồ thể giá trị lực cản ROV Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Hình 109: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 48 Dưới hình ảnh thể áp suất, vận tốc trường hợp ROV (M4) hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m tương ứng với giá trị vận tốc 5m/s: Hình 110: Phân bố vận tốc – MCĐ Hình 111: Phân bố áp suất - MCĐ Hình 112: Phân bố vận tốc – MCĐ Hình 113: Phân bố áp suất - MCN 4.2.5.3 ROV hoạt động ở chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20cm Kết mô trường hợp thể bảng, đồ thị hình ảnh đây: Dưới bảng giá trị lực cản ROV (M4) giảm bán kính ngang 5%: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) 22.4 60.9 134.2 181.2 263.8 Bảng 15: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đờ thể giá trị lực cản ROV Hình 114: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 49 Dưới hình ảnh thể áp suất, vận tốc, pha trường hợp ROV (M4) hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20cm tương ứng với giá trị vận tốc 5m/s: Hình 115: Phân bố áp suất – MCĐ Hình 116: Phân bố vận tốc - MCN Hình 117: Áp suất thân ROV Hình 118: Hai pha lỏng, khí 4.2.5.4 Đánh giá: Lực cản tổng tác dụng lên ROV tăng dần khảo sát dải vận tốc tăng dần từ m/s đến m/s Lực cản tổng tác dụng lên ROV trường hợp M4 – bán kính ngang giảm 5% lớn so với lực cản tổng tác dụng lên ROV trường hợp M – gốc + 33% với M4 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm + 6.2% với M4 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m + 21.3% với M4 vận tốc 5m/s so với M vận tốc 5m/s ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm 4.3 Tổng lực cản tác dụng lên ROV thay đởi hình dáng Dưới tổng hợp lực cản tác dụng lên ROV thay đổi hình dáng trường hợp: ROV hoạt động chế độ bơi cách mặt nước 5cm, ROV hoạt dộng chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30m ROV hoạt động chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20cm Kết tổng lực cản tác dụng lên ROV thay đổi hình dáng nhóm tác giả nghiên cứu đăng Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859 – 4190, Số (71) 2020 [5] đăng vào ngày 31/12/2020 với tiêu đề “Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng đến lực cản ROV” 50 4.3.1 ROV hoạt động ở chế độ bơi nổi cách mặt nước cm Dưới bảng tổng hợp giá trị lực cản ROV thay đổi hình dáng chế độ bơi cách mặt nước 5cm: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) - M 20.7 47.0 95.5 128.9 208.9 Lực cản (N) - M1 22.2 52.3 119.4 162.1 234.5 Lực cản (N) - M2 22.8 48.3 113.9 147.4 228.7 Lực cản (N) - M3 24.7 57.6 137.6 168.3 280.6 Lực cản (N) - M4 25.7 62.1 147.7 184.8 311.9 Trường hợp Bảng 16: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đồ thể giá trị lực cản ROV thay đổi hình dáng tương ứng với trường hợp M1 – M4: Hình 119: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 4.3.2 ROV hoạt động ở chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30 m Dưới bảng tổng hợp giá trị lực cản ROV thay đổi hình dáng chế độ bơi ngầm cách mặt nước 30 m: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) - M 6.1 22.8 48.9 83.5 127.1 Lực cản (N) - M1 6.3 23.4 50.7 86.4 131.2 Trường hợp 51 Lực cản (N) - M2 6.2 23.1 49.7 85.2 129.3 Lực cản (N) - M3 6.4 23.8 51.4 87.8 133.0 Lực cản (N) - M4 6.5 24.0 51.9 89.4 135.5 Bảng 17: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đồ thể giá trị lực cản ROV thay đổi hình dáng tương ứng với trường hợp M1 – M4 : Hình 120: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 4.3.3 ROV hoạt động ở chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20 cm Dưới bảng tổng hợp giá trị lực cản ROV thay đổi hình dáng chế độ bơi ngầm cách mặt nước 20cm: Vận tốc (m/s) Lực cản (N) - M 16.3 41.3 92.7 103.8 207.5 Lực cản (N) - M1 18.4 50.3 111.8 140.5 222.6 Lực cản (N) - M2 18.7 46.6 105.1 130.2 209.8 Lực cản (N) - M3 17.9 55.1 130.5 150.7 240.6 Lực cản (N) - M4 22.4 58.3 134.2 155.2 243.8 Trường hợp Bảng 18: Bảng giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV Dưới biểu đồ thể giá trị lực cản ROV thay đổi hình dáng tương ứng với trường hợp M1 – M4: 52 Hình 121: Biểu đồ thể giá trị lực cản (N) thay đổi hình dáng ROV 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng thiết bị lặn khơng người lái ROV đến lực cản tổng thể Nghiên cứu tiến hành với mơ hình ROV hình dáng dạng ngư lơi có chiều dài 3,2m, đường kính 0,3m Nghiên cứu tiến hành cho khảo sát lực cản ROV trạng thái hoạt động khác ROV bơi với lưng lên cách mặt nước 5cm, bơi sát mặt thoáng với lưng cách mặt nước 20cm bơi ngầm độ sau 30m Kết mô số CFD cho ta thấy ROV hoạt động chế độ bơi chế độ bơi gần mặt nước lực cản lớn so với ROV hoạt động chế độ bơi ngầm Nguyên nhân chế độ hoạt động bơi chế độ bơi gần mặt nước ROV chịu thêm lực cản sóng gió so với chế độ bơi ngầm có lực cản nhớt Trong lực cản nhớt chế độ bơi ngầm tăng không đáng kể so với bơi lực cản sóng chế độ bơi chế độ bơi gần mặt nước lại tăng nhanh Đặc biệt vận tốc chuyển động cao ROV, chênh lệch lực cản ROV bơi nổi, bơi gần mặt nước so với chế độ bơi ngầm lớn Kết nghiên cứu cho thấy khác biệt lực cản tổng thể ROV trạng thái hoạt thay đổi hình dáng mặt cắt ngang đáng kể Giá trị thay đổi lớn trạng thái bơi mơ hình ROV gốc mơ hình biến thể M1M4 33.1 %, giá trị xảy mơ hình gốc M mơ hình M4 Kiến nghị Do giới hạn thời gian thực luận văn, tác giả chưa khảo sát hết trạng thái hoạt động khác thiết bị lặn không người lái ROV Trong thời gian tới, tác giả tiếp tục khảo sát lực cản ROV bơi chế độ bơi ngầm gần mặt thoáng bơi chế độ bơi ngầm gần đáy Hai trường hợp đáng quan tâm xuất hiệu ứng mặt thống hiệu ứng đáy Nếu có điều kiện, đề tài tiếp tục cho hướng nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm đòi hỏi nhiều thời gian kinh phí thực nên luận văn này, tác gải nhóm nghiên cứu chưa có điều kiện thực 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đông, luận văn Tiến sĩ, đề tài “Phân tích thủy động lực học thiết kế hệ thống điều khiển theo công nghệ hướng đối tượng cho phương tiện tự hành nước” [2] Nguyễn Thế Lực, luận văn Tiến sĩ, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số tham số hệ thống tạo lực đẩy đến chuyển động thiết bị ngầm” [3] Anderson, Fundamentals of Aerodynamics - 3rd edition [4] Menter, F R “Zonal Two Equation k-ω Turbulence Models for Aerodynamic Flows”, AIAA Paper 93-2906 (1993) [5] TS.Lưu Hồng Quân, PGS.TS Phan Anh Tuấn, Nguyễn Đình Quang, Nguyễn Thị Quỳnh, Mạc Thị Nguyên,“Nghiên cứu ảnh hướng hình dáng đến lực cản ROV” – Tạp chí nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ ISSN 1859 – 4190,số (71) 2020, trang 33 – 38 55 ... giá so sánh kết lực cản tổng thể thay đổi hình dáng thiết bị lặn không người lái Các nhiệm vụ cụ thể của luận văn : - Giới thiệu thiết bị lặn khơng người lái, ảnh hưởng khí động lực học đến kết... Quang Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng tới lực cản tổng thể thiết bị lặn không người lái Chuyên ngành:Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số HV: 20202791M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học... thạc sĩ ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng tới lực cản tổng thể thiết bị lặn khơng người lái? ?? Luận văn hồn thành không công sức thân tác giả mà cịn có giúp đỡ, hỗ trợ tích cực cá nhân tập thể Trước