Luận án nghiên cứu lựa chọn phương án thi công khoan nổ đường hầm bằng mô phỏngtt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM NGUYỄN VĂN CANG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM BẢN ĐỒ DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHÒNG PHỤC VỤ CƠNG TÁC DẪN TÀU AN TỒN Ngành: Khoa học hàng hải Mã số: 9840106 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HCM – 8/2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Giao thông vận tải TP HCM Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Xuân Phương Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Phạm Kỳ Quang Phản biện độc lập 1: ……………………………………………………… Phản biện độc lập 2: ………………………………………………….…… Phản biện 1: ………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………… Phản biện 3: ………………………………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án, họp ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… vào lúc…… giờ…… ngày…… tháng…… năm…… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải TP HCM MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Một nguyên tắc dẫn tàu an toàn tuyến luồng hàng hải nói chung, điều động tàu cập cầu cảng để phục vụ cơng tác xếp, dỡ hàng hóa hay dẫn tàu đến khu neo đậu dẫn tàu ngược dịng (dịng chảy thủy triều gây có tính chất tuần hồn) Hiện nay, hoa tiêu thuyền trưởng dẫn tàu tuyến luồng hàng hải Việt Nam dùng tập bảng thuỷ triều Việt Nam (gồm tập) hoặc dùng bảng thủy triều Anh Việc dùng bảng thuỷ triều xuất nhược điểm là: Bảng thuỷ triều cho biết thời gian độ cao nước lớn nước ròng ngày khu vực địa lý, nghĩa mang tính tức thời Vì vậy, việc dự đốn thuỷ triều thời điểm khác cần phải tính tốn nội suy Việc nhiều dẫn đến suy giảm độ xác, khơng có tính liên tục khơng trực quan, gây khó khăn cho hoa tiêu thuyền trưởng trình dẫn tàu, đặc biệt dẫn tàu hành trình tuyến luồng hàng hải Xuất phát từ sở lý luận trên, nhằm bước khắc phục nhược điểm này, góp phần dẫn tàu an tồn tuyến luồng hàng hải, nghiên cứu sinh (NCS) mặt kế thừa số liệu bảng thủy triều số liệu trạm quan trắc mực thủy triều tuyến luồng hàng hải Hải Phòng (gồm trạm: Arroyo, Sông Cấm Lạch Huyện), kết hợp với số liệu khảo sát, đo đạc thực tế thực địa khu vực nghiên cứu, với ứng dụng CFD (Computational Fluid Dynamics) với Fluent - Ansys, để tính tốn mơ sử dụng kỹ thuật xây dựng đồ khu vực, để đưa đồ dòng chảy (dòng triều) Trên đồ dòng chảy hiển thị tường minh liên tục hướng, tốc độ dòng chảy thời điểm ngày ngày năm khu vực khảo sát nghiên cứu, cụ thể khu vực tuyến luồng hàng hải Hải Phịng Đây lý để NCS lựa chọn, nghiên cứu thực đề tài luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng phục vụ cơng tác dẫn tàu an toàn” Mục tiêu nghiên cứu luận án Xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng phục vụ cơng tác dẫn tàu an toàn Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án - Đối tượng nghiên cứu: Sự thay đổi vận tốc hướng dòng chảy tượng thủy triều gây (dòng triều) tuyến luồng hàng hải Hải Phòng theo thời gian thực - Phạm vi nghiên cứu: Đưa dạng mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, sở thiết lập mơ hình nghiên cứu, ứng dụng CFD với Fluent - Ansys để tính tốn mơ dịng chảy theo theo ngày Từ nghiên cứu xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy 365 ngày Việc nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với khảo sát, đo đạc thực tế thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phòng sử dụng số liệu theo bảng thủy triều Việt Nam kết hợp số liệu tổng hợp trạm đo mực thủy triều, đưa số liệu đầu vào vận tốc dòng chảy (Vdc) xác, tin cậy bám sát điều kiện biên, phục vụ xây dựng đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng sát với thực tế Giới hạn không xét đến vấn đề: Nguyên lý xây dựng đồ hàng hải, nguyên nhân gây thủy triều độ trễ thủy triều, yếu tố ảnh hưởng đến thủy triều, tượng biến đổi bất thường cục điều kiện khí tượng thủy văn tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, như: Lũ lụt, sóng, gió, mưa cục bộ, ngăn dịng, hạn hán,… làm thay đổi cục dòng triều Phương pháp nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu: Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, cụ thể: - Nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan tình hình nghiên cứu nước quốc tế, tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, nghiên cứu sở khoa học động lực học dòng chảy tuyến luồng hàng hải, nghiên cứu tính tốn thủy triều hàng hải, sở khoa học chia đoạn luồng tuyến luồng Hải Phòng để tính tốn mơ phỏng, xây dựng mơ hình nghiên cứu bám sát thực tế, mơ hình tốn, lựa chọn ứng dụng CFD với Fluent - Ansys tính tốn mơ dịng chảy tuyến luồng Hải Phịng theo thời gian thực Nghiên cứu đề xuất mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng phục vụ cơng tác dẫn tàu an toàn - Nghiên cứu thực nghiệm: Thực khảo sát, đo đạc dòng chảy thực tế thực địa đoạn tuyến luồng hàng hải Hải Phòng Đây dòng chảy thực tế tính đến điều kiện ảnh hưởng khác, đồng thời kết hợp số liệu từ bảng thủy triều số liệu đo đạc trạm đo mực thủy triều đoạn luồng, để đưa liệu đầu vào vận tốc dịng chảy (Vdc) xác tin cậy, phục vụ xây dựng đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng sát thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học: - Hệ thống hóa sở lý luận động lực học tuyến luồng hàng hải đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải, để xây dựng mơ hình nghiên cứu bám sát thực tiễn, phục vụ tính tốn mơ CFD với Fluent - Ansys Kết đạt góp phần hồn thiện bước sở lý luận liên quan đến vấn đề nghiên cứu có đóng góp định cho khoa học chuyên ngành hàng hải; - Thiết lập sở khoa học bước xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải, ứng dụng thử nghiệm tuyến luồng hàng hải Hải Phòng Từ sở lý luận mở rộng áp dụng cho tuyến luồng hàng hải khác phục vụ công tác dẫn tàu an toàn Ý nghĩa thực tiễn: - Đã kết hợp chặt chẽ sở khoa học lý thuyết đặc thù liên quan đến khoa học chuyên ngành hàng hải với thực tiễn hàng hải Xây dựng liệu dòng chảy đoạn luồng tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, kết hợp với đo đạc thực địa khu vực khảo sát, phục vụ xây dựng đồ dịng chảy tính đến bước hồn thiện cơng nghệ tính khả thi tích hợp với hải đồ điện tử khu vực khảo sát - Xây dựng đồ dịng chảy thể hướng, vận tốc dòng chảy trực quan, tường minh mang tính liên tục tuyến luồng hàng hải Hải Phịng theo giờ, ngày năm khảo sát Việc sử dụng đồ dòng chảy bước đầu thay bảng thuỷ triều, giúp hoa tiêu, thuyền trưởng dẫn tàu tuyến luồng hàng hải an toàn, đặc biệt tàu thay đổi hướng chuyển động số điểm có nguy an tồn cao, khúc cua gấp, theo dõi liên tục hướng, tốc độ dịng chảy theo ngày cách liên tục, xác tường minh Vấn đề có ý nghĩa thực tiễn, đóng góp định cho chuyên ngành khoa học hàng hải Những điểm đóng góp luận án - Đề xuất phân chia tuyến luồng thành đoạn luồng phù hợp tính chất đặc thù tuyến luồng hàng hải Hải Phòng Xây dựng quy trình chung ứng dụng CFD với Fluent - Ansys tính tốn mơ dịng chảy tuyến luồng hàng hải, đồng thời áp dụng cho đối tượng cụ thể tính tốn mơ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng - Đưa phương pháp luận tính tốn hệ số hiệu chỉnh bảng thủy triều xây dựng (kxd) Đặc biệt phương pháp xác định điều kiện biên vận tốc dịng chảy (Vdc) tính đến hai hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm klh kdc - Đưa mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, thể chi tiết hướng tốc độ dòng chảy liên tục theo thời gian thực, phục vụ cơng tác dẫn tàu an tồn Kết cấu luận án Luận án gồm 131 trang A4 (không kể phụ lục) thứ tự phần sau: Mở đầu; nội dung (được chia thành chương); kết luận kiến nghị; danh mục công trình khoa học cơng bố liên quan đến luận án (12 cơng trình); tài liệu tham khảo (75 tài liệu) phụ lục (06 phụ lục) CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHÒNG 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu luận án 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới liên quan đến luận án Trên giới, đặc biệt Vương quốc Anh sản xuất loại đồ, hải đồ, ấn phẩm hàng hải, phục vụ công tác hàng hải, công tác dẫn tàu phát triển rực rỡ sử dụng rộng rãi giới Trên hải đồ giấy Anh sản xuất không xuất hướng tốc độ dịng chảy liên tục, có xuất tức thời hướng dòng chảy điểm hay khu vực hải đồ, hoặc xuất số điểm đánh dấu thủy triều giải thích phía góc hải đồ Các hãng sản xuất Mỹ, Úc, Nga, sản xuất hải đồ, đồ, ấn phẩm hàng hải, sử dụng riêng cho vùng lãnh thổ, khu thủy nội địa Ngồi ra, cịn nhiều nhà khoa học, chun gia nước ngồi có cơng trình khoa học, tài liệu khoa học công bố liên quan đến ứng dụng CFD với Fluent Ansys để tính tốn mơ phòng động lực học dòng chảy điều kiện mơi trường khác 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước liên quan đến luận án Việc xuất hải đồ hàng hải Quân chủng Hải quân thực vùng biển Việt Nam Tuy nhiên, số liệu đo đạc, liệu tham khảo từ liệu hải đồ Anh Trên hải đồ giấy hay bình đồ, khơng thể hướng tốc độ dịng chảy liên tục, có xuất mang tính tức thời hướng dịng chảy điểm hay khu vực bình đồ Hiện nay, Tổng cơng ty Bảo đảm an tồn hàng hải Miền Bắc Tổng công ty Bảo đảm an toàn hàng hải Miền Nam, xây dựng hải đồ điện tử cho khu vực Việt Nam, có khu vực Hải Phịng Tuy nhiên, hải đồ điện tử khu vực tuyến luồng Hải Phịng khơng thể chi tiết hướng tốc độ dòng chảy thời điểm khác ngày Ngoài ra, số tác giả trường như: Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc Gia Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam,… nghiên cứu công bố số vấn đề liên quan thời tiết biển hải dương học, thủy triều tính tốn thủy triều hàng hải, động lực học dòng chảy bao, ứng dụng CFD với Fluent - Ansys để tính tốn mơ dòng chảy ảnh hưởng đến ổn định tàu, xâm thực bánh lái, quỹ đạo chuyển động tàu thủy tuyến luồng hàng hải,… Tuy nhiên, việc nghiên cứu tính tốn mơ dịng chảy (dịng triều) để xây dựng thử nghiệm đồ dịng chảy nói chung thực tuyến luồng Hải Phịng nói riêng phục vụ cơng tác dẫn tàu an tồn, vấn đề khoa học mang tính chuyên sâu, mang tính thực tiễn hàng hải, chưa có tác giả, đơn vị thực chưa có cơng trình khoa học công bố 1.2 Tổng quan tuyến luồng hàng hải Hải Phòng 1.2.1 Đặc điểm tuyến luồng Hải Phịng Luồng Hải Phịng gồm đoạn chính: Lạch Huyện, Hà Nam, Bạch Đằng, Sông Cấm, Vật Cách, Phà Rừng Nam Triệu, bật với số đặc điểm sau: - Nhiều khúc cong, khúc cua gấp, nhiều nhánh sông, khu vực nông cạn cục Hệ thống luồng ra, vào cảng Hải Phòng chưa cải tạo đồng - Luồng Nam Triệu thường xuyên bị sa bồi, nên tàu biển ra, vào cảng chủ yếu tập trung qua luồng Lạch Huyện, kênh Hà Nam - Đây đoạn luồng hẹp, thiết kế chiều với nhiều khu vực, có giới hạn tốc độ hải lý/giờ mật độ tàu thủy tập trung vào thời gian nước lớn ngày, dẫn tới tổ chức thực điều tiết tàu thuyền ra, vào cảng gặp nhiều khó khăn ln tiềm ẩn nguy an tồn - Tuyến luồng Hải Phịng luồng chiều, có ga tránh với độ sâu luồng hạn chế bề ngang luồng chạy tàu hẹp, nhiều nơi tránh, vượt Bảng 1.1 Thông số thiết kế tuyến luồng Hải Phịng Hải Phịng Thơng số luồng thiết kế Dài Rộng Độ sâu Mái dốc (km) (m) (m) 72.1 Đoạn Lạch Huyện 17.7 100 - 7,2 0/1 Đoạn kênh Hà Nam 5.9 80 - 7,0 1/7 1300 Đoạn Bạch Đằng 8.8 80 - 7,0 0/1 1050 Đoạn Sông Cấm 10.6 80 - 5,5 0/1 925 Đoạn Vật Cách 9.7 60 tự nhiên Đoạn Nam Triệu 19.4 100 ( 4,5 3,6) 0/1 Tên đoạn luồng Bán kính cong nhỏ 555 Vùng quay trở trước R = 130 m - 7,0 0/1 cảng Đình Vùng quayVũ trở tàu hạ R = 110 m - 5,5 0/1 lưu cảng Cấm Vùng quay trở tàu R = 110 m - 5,5 0/1 1000 trước cảngTheo Hải Phòng thống kê, tổng hợp phân tích tình hình tai nạn hàng hải giai đoạn từ 2015 - 2019, sở số liệu từ báo cáo tai nạn hàng hải Cục Hàng hải Việt Nam năm báo cáo số liệu tai nạn hàng hải vùng nước cảng biển Hải Phòng Cảng vụ Hàng hải Hải Phịng, mơ tả theo bảng 1.2 Bảng 1.2 Số liệu thống kê loại tai nạn số vụ tai nạn hàng hải vùng nước cảng biển Hải Phòng Loại tai nạn 2015 2016 2017 2018 2019 Đâm va 01 01 01 01 Va chạm 04 03 02 01 02 Mắc cạn 01 02 01 0 Chìm đắm 01 02 01 01 Cháy nổ 01 01 01 Khác 03 02 03 02 Tổng số 11 10 05 06 06 Trên đoạn luồng tuyến luồng hàng hải Hải Phòng đặt trạm quan trắc mực thủy triều, cụ thể: - Trạm Arroyo lắp đặt trạm đèn Arroyo, tọa độ theo hệ WGS-84: φ = 20 49’54’’N; λ = 106049’16’’E, đặt đoạn luồng Bạch Đằng, khu vực giao sông Cấm sông Bạch Đằng - Trạm Lạch Huyện lắp đặt tiêu C, thuộc chập CD, tọa độ theo hệ WGS-84: φ = 20049’19’’N; λ = 106054’28’’E, đoạn luồng Lạch Huyện - Hà Nam, gần khu vực giao tuyến luồng sông Cấm, Nam Triệu, Cái Tráp kênh Hà Nam sông Cấm - Trạm Sông Cấm lắp đặt đèn Tây Vàng Chấu, tọa độ theo hệ WGS84: φ = 20052’43’’N; λ = 106042’16’’E, đoạn luồng Sông Cấm, khu vực giao sông Cấm sông Ruột Lợn Các trạm quan trắc cung cấp thơng tin xác tức thời mực thủy triều với tần suất trung bình 10 phút/lần, ngồi cung cấp sức gió hướng gió đến trung tâm điều khiển Ngồi ra, mực thủy triều Hòn Dấu dự báo hàng năm, giá trị thủy triều dự báo Hịn Dấu, giá trị nhập vào từ bảng thủy triều tương ứng theo năm 1.2.2 Đặc điểm chế độ thủy triều khu vực Hải Phòng Thủy triều khu vực đảo Hịn Dấu có tính chất hay gọi nhật triều Hầu hết số ngày tháng (khoảng 25 ngày) thủy triều lên xuống lần ngày Độ lớn triều vùng thuộc loại triều lớn Việt Nam, trung bình ngày nước cường - m 1.3 Phân chia tuyến luồng hàng hải Hải Phòng thành đoạn luồng phục vụ tính tốn mơ Trên sở tổng quan tuyến luồng hàng hải Hải Phịng, nghiên cứu bình đồ, hồ sơ quy hoạch khu vực cảng biển Hải Phòng tài liệu liên quan Mặt khác, để phù hợp với tính chất đặc thù tuyến luồng hàng hải Hải Phòng kết hợp nghiên cứu khảo sát thực tế thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phòng NCS thực hiện, có tham gia nhóm nghiên cứu NCS thực phân chia tuyến luồng hàng hải Hải Phịng thành 10 đoạn luồng phục vụ tính tốn mơ phỏng, cụ thể mơ tả bảng 1.3 Bảng 1.3 Tổng hợp vị trí thơng số thiết kế 10 đoạn luồng Vị trí điểm đầu điểm cuối TT đoạn luồng (giới hạn từ km đến km) Thông số thiết kế đoạn luồng Chiều Chiều rộng Độ sâu dài mặt thống/chiều trung bình (km) rộng tuyến luồng (m) (m) 7,5 km 44+400 đến km 43+200 1,2 310/60 km 43+200 đến km 40+200 3,0 315/80 km 40+200 đến km 38+800 1,4 300/120 8,0 (trừ đoạn Phà Bính 13,3 m) 8,1 km 38+800 đến km 33+800 5,0 300/80 7,4 km 33+800 đến km 30+200 3,6 315/80 9,1 km 30+200 đến km 26+600 3,6 600/80 6,5 km 26+600 đến km 24+600 2,0 1200/140 7,1 km 24+600 đến km 20+200 4,4 242/80 6,9 km 20+200 đến km 15+800 4,4 1500/100 8,5 10 km 15+800 đến km 14+00 1,8 1500/100 11 Phân tích đặc điểm đoạn luồng: 12 - Hệ thống hóa sở lý luận động lực học dòng chảy tuyến luồng hàng hải; - Hệ thống hóa sở lý luận tính tốn thủy triều hàng hải, tập trung: Lịch thủy triều Anh, bảng thủy triều Việt Nam, phương pháp tính tốn thủy triều hàng hải, đồng thời thực vấn đề nghiên cứu ví dụ cụ thể; - Ảnh hưởng dòng chảy đến chuyển động tàu; - Hệ thống hóa chương trình đặc trưng phục vụ tính tốn mơ dịng chảy, như: Tổng quan CFD, MIKE, Flow-3D, sở phân tích rõ ưu điểm hạn chế phần mềm, NCS lựa chọn ứng dụng CFD với Fluent - Ansys để tính tốn mơ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng NCS xây dựng quy trình chung phân tích cụ thể bốn bước ứng dụng CFD tính tốn mơ gồm bước sau : Bước 1: Xây dựng mơ hình nghiên cứu bám sát điều kiện thực tế Bước 2: Vẽ mơ hình, chia lưới đặt điều kiện biên Bước 3: Ứng dụng CFD với Fluent - Ansys để tính tốn mơ để nhận giá trị đầu Bước 4: Phân tích kết tính tốn mô phỏng, trường hợp cần thiết hiệu chỉnh lại mô hình Hình 2.1 Quy trình chung ứng dụng CFD để tính tốn mơ 13 CHƯƠNG TÍNH TỐN MƠ PHỎNG DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHÒNG 3.1 Xây dựng mơ hình nghiên cứu Từ việc phân chia tuyến luồng thành 10 đoạn luồng phân tích chi tiết đặc điểm đoạn luồng, ý bốn khu vực tiềm ẩn nguy tai nạn hàng hải nằm đoạn luồng số 3, 5, và đoạn luồng đặt trạm quan trắc đo mực thủy triều tức thời theo thời gian thực Kết hợp với việc tính tốn thủy triều hàng hải, cùng với việc phân tích, lựa chọn ứng dụng CFD với Fluent - Ansys tính tốn mơ dịng chảy đoạn luồng NCS thực xây dựng mơ hình nghiên cứu cho đoạn luồng khảo sát mang tính điển hình, khu vực tiềm ẩn nguy tai nạn hàng hải, đoạn luồng có đặt trạm quan trắc đo mực thủy triều Lạch Huyện, cụ thể đoạn luồng số mơ tả theo hình 3.1 Các đoạn luồng cịn lại thực xây dựng mơ hình nghiên cứu tương tự đoạn luồng số 14 Hình 3.1 Xây dựng mơ hình nghiên cứu cho khu vực khảo sát đoạn luồng số tuyến luồng hàng hải Hải Phịng 3.2 Xây dựng quy trình ứng dụng CFD tính tốn mơ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng Từ quy trình chung ứng dụng CFD với Fluent - Ansys (hình 2.1) NCS tiếp tục xây dựng quy trình ứng dụng CFD với Fluent - Ansys tính tốn mơ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng theo hình 3.2 Hình 3.2 Sơ đồ quy trình ứng dụng CFD để tính tốn mơ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng 3.3 Phân tích sơ đồ quy trình ứng dụng CFD tính tốn mơ Phân tích chi tiết bước theo quy trình thông qua bước cụ thể sau: 3.3.1 Thực quy trình xây dựng mơ hình nghiên cứu bám sát thực tế - Xuất phát từ thực tiễn tuyến luồng hàng hải Hải Phịng, chọn vị trí khảo sát, sau lược bớt khu vực có độ sâu nhỏ để vẽ lại đường biên miền khảo sát, bám sát với thực tế - Đặt điều kiện biên mô hình tốn - Thực vẽ mặt cắt ướt khác dọc theo đoạn tuyến luồng khảo sát để hình thành tốn 3D, hình 3.1 giả định có mặt cắt ướt 1-1, 2-2, 3-3, 44 Kết nối mặt cắt ướt lại kết hợp với hình ảnh mặt thống cho mơ 15 hình toán 3D cần thiết lập đoạn tuyến luồng cần thực nghiên cứu bám sát với thực tế 3.3.2 Vẽ mơ hình, chia lưới đặt điều kiện biên cho mơ hình tính tốn Vẽ mơ hình chia lưới NCS ứng dụng CFD với phần mềm Meshing để chia lưới thực tương tự cho mơ hình nghiên cứu khu vực khác tuyến luồng hàng hải Hải Phịng Hình 3.3 Kết tính tốn mơ lưới chia mơ hình nghiên cứu Đặt điều kiện biên cho mơ hình tính tốn - Điều kiện biên cho mơ hình tính tốn vận tốc dòng chảy bám sát thực tế (ký hiệu Vdc) tính yếu tố ảnh hưởng tuyến luồng Hải Phòng - Đây giá trị đầu vào quan trọng, định kết tính tốn mơ thực bước đảm bảo trình xây dựng đồ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng cách trực quan, tường minh với độ xác tin cậy cao Để có giá trị đầu vào vận tốc dòng chảy thực tế đoạn luồng cách xác nhất, NCS phải thực nghiên cứu, khảo sát, đo đạc liệu thực tế thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phịng Từ đó, tổng hợp, phân tích, đánh giá so sánh với liệu bảng thủy triều Việt Nam kết hợp với liệu đo theo thời gian thực trạm quan trắc mực thủy triều tuyến luồng 3.3.3 Ứng dụng CFD với Fluent - Ansys tính tốn mơ vận tốc dịng chảy Kết tính tốn mơ cho đoạn số (mơ hình tốn nghiên cứu) triều lên triều rút với giá trị Vdc khác Các đoạn luồng lại thực tương tự 16 Với giá trị đầu vào: Vận tốc dòng chảy bám sát thực tế (Vdc) thực triều dâng hoặc triều rút Giá trị Vdc có đảm bảo độ xác tin cậy, thơng qua nghiên cứu thực nghiệm thực địa tuyến luồng Hải Phòng - Giá trị đầu ra: Trường vận tốc dòng chảy toàn đoạn tuyến luồng cách chi tiết tường minh Hình 3.4 Kết tính tốn mơ dịng chảy triều rút đoạn luồng số vận tốc Vdc=0,5 m/s 3.4 Phân tích kết tính tốn mơ (hiệu chỉnh mơ hình cần) Đây bước phải thực quy trình ứng dụng CFD với Fluent – Ansys để từ phân tích đánh giá tính phù hợp với lý thuyết kết tính tốn mơ nhằm đưa phương án khác nâng cao độ xác CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHỊNG Để có giá trị vận tốc dịng chảy Vdc, đảm bảo độ xác tin cậy NCS thực nghiên cứu thực nghiệm theo phương án khác nhau, để kiểm chứng giá trị vận tốc Vdc Từ đó, phục vụ cơng tác xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng 4.1 Nghiên cứu thực nghiệm thực địa tuyến luồng Hải Phòng 4.1.1 Phương án nghiên cứu thực nghiệm Thứ nhất: Sử dụng liệu trạm quan trắc đo mực thủy triều nằm đoạn luồng số 3, Sông Cấm, Arroyo Lạch Huyện Phương án cho giá trị độ cao thủy triều tức thời (hay mực thủy triều tức thời), từ tính tốn thủy triều hàng hải cho giá trị hướng vận tốc dòng chảy bám sát điều kiện biên, giá trị vận tốc dịng chảy theo phương pháp tính tốn 17 Thứ hai: Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát đo đạc thực tế thực địa đoạn luồng Với cách thực cho giá trị thực tế đo đạc hướng tốc độ dòng chảy đoạn luồng khảo sát Để thực nghiên cứu thực nghiệm, NCS sử dụng thiết bị đo dòng chảy để kiểm chứng mặt cắt theo 10 đoạn tuyến luồng, từ hiệu chỉnh liệu mơ hình tính tốn mơ CFD 4.1.2 Thực phương án thứ - Sử dụng liệu trạm quan trắc đo mực thủy triều tuyến luồng hàng hải Hải Phòng - Gọi htb mực thủy triều trung bình (hay độ cao trung bình) đo trạm quan trắc mực thủy triều (mét) tính theo cơng thức (4.1): n htb  h i 1 i (4.1) Trong đó: n = (do mực thủy triều tức thời theo thời gian thực với chu kỳ 10 phút lần); hi - giá trị mực thủy triều đo tức thời thời điểm i (i = 1÷ 6) - Gọi hb mực thủy triều bảng thủy triều, (mét); - Gọi k hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều trạm tính theo (4.2) k htb hb (4.2) kar, ksc, klh - thứ tự hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều trạm quan trắc đo mực thủy triều Arroyo, Sông Cấm Lạch Huyện năm khảo sát Thực tế, phương pháp luận để nâng cao độ xác độ tin cậy hệ số k, lấy giá trị trung bình độ cao mực thủy triều trạm quan trắc đo mực thủy triều nhiều năm so với giá trị trung bình nhiều năm bảng thủy triều tương ứng Khi giá trị ktb tính theo cơng thức: j htb trd ktb   j i 1 htb btt (4.3) Trong đó: j - số năm tổng hợp thống kê số liệu; htb-trd - giá trị trung bình độ cao mực thủy triều trạm quan trắc đo mực thủy triều j năm; 18 htb-btt - giá trị trung bình độ cao mực thủy triều bảng thủy triều tương ứng j năm Trên sở liệu này, thực tổng hợp, thống kê, tính tốn kết phân tích, từ đưa hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều (k) giá trị thực tế khu vực khảo sát so với giá trị ghi bảng thủy triều công bố hàng năm tương ứng, cụ thể Hòn Dấu - Hải Phòng Đối với tháng lại năm khảo sát thực tương tự Bảng 4.1 đưa trích dẫn kết tổng hợp, tính tốn, so sánh hệ số hiệu chỉnh giá trị mực thủy triều trạm đo thực tế đoạn luồng hàng hải Hải Phòng giá trị bảng thủy triều tương ứng ngày (24 giờ) (ngày 01/01) năm khảo sát từ phụ lục Bảng 4.1 Trích dẫn kết tổng hợp, tính tốn, so sánh hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều trạm đo thực tế bảng thủy triều tương ứng năm khảo sát - Do số liệu đầu vào phong phú, thường xuyên cập nhật, xác đảm bảo tin cậy, NCS tổng hợp sử dụng từ nguồn liệu thống trạm đo thực tế tuyến luồng hàng hải Hải Phòng giá trị mực thủy triều bảng thủy triều công bố Từ đó, kết tính tốn hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều trạm đo (kar, ksc, klh) theo thời thực ngày năm khảo sát, xác đảm bảo tin cậy; 19 - Từ kết tính tốn hệ số hiệu chỉnh kar, ksc, klh, hoàn toàn xây dựng bảng thủy triều tương ứng năm NCS sử dụng hệ số klh (trong phụ lục 3), giá trị hiệu chỉnh lần thứ nhất, kết hợp với hb bảng thủy triều Việt Nam năm 2020, để đưa htb bảng thủy triều xây dựng năm 2020 Bảng 4.2 đưa trích dẫn kết tính tốn htb bảng thủy triều năm 2020 tính theo hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều trạm Lạch Huyện 2019 bảng thủy triều Việt Nam năm 2020, tương ứng ngày (01/01/2020): Bảng 4.2 Trích dẫn kết tính tốn htb Lach Huyện, ngày 01/01/2020 Từ phương pháp tính tốn thủy triều sử dụng hàng hải kết hợp với kết đạt bảng 4.2, với giá trị độ cao mực thủy triều htb bảng thủy triều xây dựng năm 2020 tính theo hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều trạm Lạch Huyện 2019 bảng thủy triều Việt Nam năm 2020, sử dụng phương pháp tính tốn thủy triều hàng hải để tính tốn giá trị vận tốc dịng chảy, đảm bảo xác, tin cậy bám sát điều kiện biên Kết tính tốn cụ thể giá trị vận tốc dịng chảy (Vdc) hướng dòng chảy bám sát điều kiện biên tháng 01/2020: 20 Bảng 4.3 Trích dẫn kết tính tốn vận tốc dịng chảy (Vdc) bám sát điều kiện biên, ngày 01/01/2020 4.1.3 Thực phương án thứ hai - Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát đo đạc thực tế thực địa đoạn luồng tuyến luồng hàng hải Hải Phòng Để thực nghiên cứu thực nghiệm, NCS nhóm cộng sử dụng thiết bị đo dòng chảy Model XZ-2 để thực đo vận tốc dòng chảy thực tế (ký hiệu Vtt) tuyến luồng Hải Phòng, thực liên tục 01 tháng (cụ thể tháng 01/2020) để kiểm chứng mặt cắt theo 10 đoạn tuyến luồng, từ hiệu chỉnh liệu mơ hình tính tốn mơ CFD Để thống việc phân tích, so sánh đánh giá, NCS lấy kết vận tốc thực tế trung bình theo ngày khảo sát Kết đo giá trị vận tốc thực tế dòng chảy 01 tháng (01/2020) sau: Bảng 4.4 đưa trích dẫn kết đo vận tốc thực tế thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phịng ngày 01/01/2020 21 4.1.4 Phân tích, so sánh đánh giá độ xác giá trị vận tốc dòng chảy theo phương án nghiên cứu thực nghiệm Từ kết nhận được, thực phân tích, đánh giá so sánh giá trị vận tốc dòng chảy bám sát điều kiện biên (Vdc - giá trị vận tốc tính tốn) phương án thứ với giá trị vận tốc dòng chảy thực tế đo đạc thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phòng (Vtt - giá trị vận tốc thực tế đo đạc) từ đưa hệ số hiệu chỉnh dịng chảy kdc =Vtt/Vdc Kết đánh giá, so sánh độ xác giá trị vận tốc dịng chảy theo phương án nghiên cứu thực nghiệm 01 tháng (tháng 01/2019) mơ tả sau: Bảng 4.5 Trích dẫn kết đánh giá, so sánh độ xác giá trị vận tốc dòng chảy theo phương án nghiên cứu thực nghiệm ngày 01/01/2019 Từ kết giá trị trích dẫn bảng 4.5, nhận xét rằng: - Vận tốc dòng chảy đo thực tế Vtt theo phương án thứ hai bám sát nhỏ giá trị vận tốc dịng chảy tính tốn Vdc theo phương án thứ - Kết so sánh, đánh giá theo tỷ lệ % theo thời gian thực ngày khảo sát với giá trị thấp 75% cao 100%, nghĩa là: 75%  Vtt 100%  100% Vdc Kết chứng minh rằng: Giá trị vận tốc dịng chảy tính tốn Vdc thực theo phương pháp thứ đảm bảo độ xác, tin cậy bám sát điều kiện biên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng 22 Như vậy, từ năm 2021 ta có thêm hệ số hiệu chỉnh dòng chảy kdc nhằm đưa giá trị vận tốc đầu vào cho tốn tính tốn mô gần với thực tiễn Vdc* Từ việc xây dựng phương pháp luận, tính tốn giá trị vận tốc dịng chảy Vdc*, phục vụ tính tốn mô CFD với Fluent - Ansys chương đảm bảo tính đại, độ tin cậy xác Có thể tóm tắt nội dung phương pháp xác định điều kiện biên Vdc* Lạch Huyện sau: Dữ liệu đầu vào: - Bảng thủy triều năm (cần xây dựng đồ dòng chảy); - Hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều năm klh; - Hệ số hiệu chỉnh tốc độ dòng chảy năm kdc Các bước triển khai: + Xác định htb (độ cao thủy triều theo Lạch Huyện) theo công thức: htb=hb.klh; + Dựa theo cơng thức giải tích xác định vận tốc dòng chảy tương ứng Vdc; + Xác định vận tốc dịng chảy sau hiệu chỉnh Vdc* theo cơng thức Vdc*= kdc.Vdc; nghĩa giá trị điều kiện biên Vdc* Lạch Huyện hiệu chỉnh hai lần nhờ hai hệ số thực nghiệm klh kdc 4.2 Đề xuất mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng 4.2.1 Phân tích thơng tin chung đồ dịng chảy Từ việc phân tích thơng tin chung mà đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng cung cấp ngày theo năm khảo sát NCS đề xuất dạng mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng dạng giấy dạng số hóa 4.2.2 Mẫu đồ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng dạng giấy Từ việc phân tích kết hợp với kết tính tốn, NCS lựa chọn thực xây dựng giao diện đồ dòng chảy dạng giấy tuần thứ tháng 01/2020, mơ tả theo hình 4.1 23 Hình 4.1 Mơ tả đồ dịng chảy dạng giấy ngày 01/01/2020 4.2.3 Mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng dạng số hóa Để thuận lợi cho người sử dụng, đơn giản hơn, thời đại cách mạng cơng nghiệp 4.0, NCS đề xuất đồ dịng chảy thể dạng phần mềm có gia diện hình 4.2: Hình 4.2 Cửa sổ thể giao diện phần mềm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Bằng phương pháp nghiên cứu thực luận án: “Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng phục vụ cơng tác dẫn tàu an tồn”, luận án đạt mục đích nghiên cứu đặt ra, với kết cụ thể sau: 1.1.Thực phân chia tuyến luồng hàng hải Hải Phòng thành 10 đoạn luồng, phục vụ khảo sát đo đạc tính tốn mơ 24 1.2 Hệ thống hóa sở lý luận động lực học dòng chảy tuyến luồng hàng hải sở lý luận tính tốn thủy triều hàng hải, ứng dụng phương pháp tính tốn thủy triều hàng hải 1.3 Tính tốn mơ cho 10 đoạn luồng triều lên triều rút với giá trị vận tốc dòng chảy (Vdc) khác CFD với Fluent - Ansys, đưa kết tính tốn rõ ràng, chi tiết tường minh phục vụ cơng tác xây dựng đồ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng 1.4 Tính tốn cụ thể hệ số hiệu chỉnh bảng thủy triều xây dựng (kxd bao gồm: Lạch Huyện klh; Sơng Cấm ksc ), để xây dựng đồ dịng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng cho năm bám sát thực tế Đồng thời tính tốn cụ thể giá trị vận tốc dòng chảy Vdc theo phương pháp hàng hải (phương án thứ nhất) đo đạc thực tế thực địa giá trị vận tốc dòng chảy thực tế Vtt (phương án thứ hai) từ đưa hệ số hiệu chỉnh lần hai kdc 1.5 Thực xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải theo hai dạng, gồm: Dạng giấy dạng số hóa giúp thuyền trưởng hoa tiêu dẫn tàu an toàn tuyến luồng hàng hải nói chung tuyến luồng hàng hải Hải Phịng nói riêng KIẾN NGHỊ Kiến nghị luận án vấn đề cần quan tâm hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể: 2.1 Việc thực lấy số liệu năm khảo sát năm (cụ thể năm 2019 trạm đo Lạch Huyện), để đưa hệ số hiệu chỉnh bảng thủy triều xây dựng (klh), mà chưa lấy giá trị trung bình vài năm Như vậy, mặc dù số liệu trạm đo xác, thực lấy theo giá trị trung bình phần ảnh hưởng định đến kết tính tốn Trong thời gian tiếp theo, lấy giá trị trung bình nhiều năm để nâng cao độ xác kết tính tốn 2.2 Tiếp tục nghiên cứu việc cải tiến dạng mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phịng, từ mở rộng cho tuyến luồng hàng hải khác, để ứng dụng phát huy thực tiễn hàng hải tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Lương Công Nhớ, Phạm Kỳ Quang, Vũ Văn Duy, Bùi Văn Cường, Nguyễn Văn Cang Tính tốn mơ tác động hải lưu đến quỹ đạo chuyển động tàu thủy tuyến luồng Hải Phịng Tạp chí “Khoa học - Cơng nghệ Hàng hải”, ISSN 1859 - 316X, № 49, 01/2017, tr 14 - 17 Phạm Kỳ Quang, Vũ Văn Duy, Nguyễn Xuân Phương, Nguyễn Thành Nhật Lai, Phạm Nguyên Đăng Khoa, Nguyễn Văn Cang Nghiên cứu tác động tổng hợp gió dịng chảy đến tàu thủy cảng xăng dầu Cù Lao Tào - Vũng Tàu Tạp chí “Khoa học - Công nghệ Hàng hải”, ISSN 1859 - 316X, № 50, 04/2017, tr 52 56 Assoc Prof Dr Captain Pham Ky Quang, Dr Vu Van Duy, PhD Student Co Tan Anh Vu, PhD Student Bui Van Cuong, MsC Vu Dang Thai, PhD Student Nguyen Van Cang, PhD Student Pham Nguyen Dang Khoa Study on building a system evaluating fundemental reasons leading to sea-going ship accidents to enhance maritime training and education in Vietnam The Asia Maritime & Fisheries Universities Forum (AMFUF), the 16 th Annnual Conference, ISSN: 2508-5247, 09 - 11 November 2017, Vietnam, pp 191-200 Assoc Prof Dr Captain Pham Ky Quang, Dr Vu Van Duy, MsC Dang Dinh Chien, Assoc Prof Dr Captain Nguyen Xuan Phuong, PhD Student Nguyen Thanh Nhat Lai, PhD Student Nguyen Văn Cang, PhD Student Pham Nguyen Dang Khoa Calculation and simulation of the current effects on ships in Vung Tau anchorage - Vietnam for improving maritime safety The Asia Maritime & Fisheries Universities Forum (AMFUF), the 16 th Annnual Conference, ISSN: 2508-5247, 09 - 11 November 2017, Vietnam, pp 01- 09 PGS TS Phạm Kỳ Quang (Chủ nhiệm đề tài), NCS Nguyễn Văn Cang thành viên khác Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống đánh giá tác động tổ hợp chân vịt - bánh lái đến đặc tính điều khiển hướng chuyển động tàu thủy Đề tài Khoa học công nghệ cấp Bộ Giao thông vận tải; mã số: DT174003, năm 2017 Cổ Tấn Anh Vũ (Chủ nhiệm đề tài), NCS Nguyễn Văn Cang thành viên khác Xây dựng chương trình tính tốn mơ thử nghiệm số nguyên nhân dẫn đến tai nạn hàng hải tuyến luồng Sài Gịn phục vụ cơng tác đào tạo huấn luyện thuyền viên Mã số: DT174030, năm 2017 PGS TS Phạm Kỳ Quang (Chủ nhiệm đề tài), NCS Nguyễn Văn Cang thành viên khác Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm đồ dịng chảy phục vụ cơng tác dẫn tàu an tồn tuyến luồng hàng hải - Thực thí điểm tuyến luồng Hải Phòng Đề tài Khoa học - Công nghệ cấp Bộ Giao thông vận tải; mã số: DT183035, năm 2018 PGS TS Nguyễn Xuân Phương (Chủ nhiệm đề tài), NCS Nguyễn Văn Cang thành viên khác Xây dựng chương trình tính tốn mơ thử nghiệm tác động dòng chảy đến tàu biển khu vực neo đậu Vũng Tàu nằm nâng cao an toàn hàng hải Đề tài Khoa học - Công nghệ cấp Bộ Giao thông vận tải; mã số: DT183036, năm 2018 Phạm Kỳ Quang, Vũ Văn Duy, Nguyễn Xuân Phương, Nguyễn Văn Cang Ứng dụng CFD xây dựng đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải - Thí điểm thử nghiệm tuyến luồng Hải Phịng, Việt Nam Tạp chí “Khoa học Cơng nghệ Giao thơng vận tải”, ISSN: 1859-4263, № 27+28, 05/2018, tr 226- 230 10 Nguyễn Văn Cang, Cổ Tấn Anh Vũ, Vũ Văn Duy, Phạm Kỳ Quang Xây dựng đồ dòng chảy tuyến luồng Hải Phịng Tuyển tập Cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 22, ISBN 978-604-979-703-3, Hải Phòng, 2527/7/2019, tr 53 - 59 11 PGS TS TTr Phạm Kỳ Quang, TS Vũ Văn Duy (Chủ biên), ThS TTr Nguyễn Văn Cang, PGS TS TTr Nguyễn Phùng Hưng, TS Cổ Tấn Anh Vũ, TS Đặng Đình Chiến, ThS TTr Phạm Nguyễn Đăng Khoa, ThS Vũ Đăng Thái Sách chuyên khảo “Ứng dụng CFD xây dựng đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải” Nhà xuất Hàng hải, ISBN: 978-604-937-217-9, 02/2020 12 Pham Ky Quang, Vu Van Duy, Co Tan Anh Vu, Nguyen Van Cang, Pham Nguyen Dang Khoa, Trinh Xuan Tung Building a tidal stream chart on navigation fairway - Applying of Hai phong fairway, Vietnam Journal of Mechanical Engineering Research and Developments (JMERD), ISSN: 1024-1752, CODEN: JERDFO, Vol 43, No.3, pp 367-375, 2020 ... hạn hán,… làm thay đổi cục dòng triều Phương pháp nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu: Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, cụ thể: - Nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan tình hình nghiên cứu nước... KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Bằng phương pháp nghiên cứu thực luận án: ? ?Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng phục vụ cơng tác dẫn tàu an tồn”, luận án đạt... sánh độ xác giá trị vận tốc dịng chảy theo phương án nghiên cứu thực nghiệm 01 tháng (tháng 01/2019) mô tả sau: Bảng 4.5 Trích dẫn kết đánh giá, so sánh độ xác giá trị vận tốc dịng chảy theo phương