Báo cáo môn học nghiên cứu lực cản gió của vây thu sóng trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO MƠN HỌC NGHIÊN CỨU LỰC CẢN GIÓ CỦA VÂY THU SÓNG TRÊN Ô TÔ Học viên thực hiện: Nguyễn Bảo Duy Lê Nguyễn Thanh Hùng Huỳnh Lê Như Thuần Giáo viên hướng dẫn: TS Đặng Hùng Sơn TP.Hồ Chí Minh, 07/2023 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tóm tắt .2 1.2 Giới thiệu chung vây thu sóng tơ .3 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Công dụng CHƯƠNG 2: NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Khí động học tơ .5 2.2 Xây dựng mơ hình 3D xe vây thu sóng 2.2.1 Mơ hình 3D vây thu sóng 2.2.2 Xây dựng mơ hình 3D xe 12 2.3 Thiết lập thuật giải điều kiện biên 16 2.4 Xây dựng mô phần mềm Ansys Fluent .17 2.5 Kết mơ mơ hình xe vây thu sóng 28 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 70 Tài liệu tham khảo: 72 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tóm tắt Trong nghiên cứu này, tập trung vào việc sử dụng phần mềm Ansys để mô nghiên cứu để tạo mơ hình số học vay thi sóng tơ mơ q trình di chuyển khơng gian Bằng cách áp dụng nguyên lý học chất lỏng động lực học, thông số quan trọng lực cảnvà dịng chảy khí quanh tơ xác định tập trung vào việc sử dụng phần mềm Ansys để mô Qua việc mô phỏng, nghiên cứu nhằm tìm hiểu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất vay thu sóng tơ hình dạng, kích thước, tốc độ di chuyển mơi trường xung quanh Nghiên cứu nhằm đánh giá so sánh thiết kế khác để tối ưu hóa khí động học tơ, giảm thiểu lực cản không cần thiết cải thiện hiệu suất nhiên liệu Kết từ đề tài mang lại nhiều lợi ích ngành cơng nghiệp tơ Nó cung cấp thơng tin hữu ích để phát triển ô tô mới, giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm khí thải cải thiện trải nghiệm lái xe Đồng thời, việc sử dụng phương pháp mơ cịn giúp tiết kiệm chi phí nghiên cứu so với phương pháp thử nghiệm truyền thống Tóm lại, đề tài "Mơ khí động học vây thu sóng tơ" nhằm nghiên cứu mơ ảnh hưởng khí động học vây thu sóng đến hiệu suất ổn định ô tô Nghiên cứu mang lại lợi ích ứng dụng, giúp cải thiện hiệu suất an tồn tơ, tiết kiệm chi phí đóng góp cho ngành cơng nghiệp tơ Nó mang lại hội thú vị để nghiên cứu đối mặt với thách thức kỹ thuật lĩnh vực 1.2 Giới thiệu chung vây thu sóng tơ Hình 1.1: Các hình dạng vay thu sóng ô tô phổ biến 1.2.1 Cấu tạo Ở nhiều tơ hiện thường có vật nhỏ nhỏ hình “vây cá mập” Chi tiết khơng đơn giản miếng nhựa trang trí mà cịn ăng-ten xe, giúp xe bắt sóng radio, điện thoại Ở số dòng xe kiểu mới, ăng-ten vây cá mập lắp đặt sẵn Đối với nhiều người dùng, họ cảm thấy chi tiết vây cá mập thời trang, giúp thay ăng-ten kiểu truyền thống nên lắp đặt thêm phụ kiện Ăng ten "vây cá mập” thơng thường có cấu tạo rỗng, với vỏ ngồi hình vây cá làm nhựa, bên lồng dây ăng ten bắt sóng Cũng tên gọi, phụ kiện có tác dụng ăng-ten giúp tăng cường tín hiệu truyền thơng xe Ngoài ra, việc lắp đặt ăng-ten vây cá mập khiến xe thời trang thể thao nhiều so với dùng ăng-ten thường dạng 1.2.2 Công dụng Giúp giảm lực cản cho xe: Cấu tạo dạng xẻ, thuôn dài "vây cá mập" giúp giảm lực cản khơng khí cho xe chạy Vậy nên, dù ngược gió xe lắp vây cá mập giữ tốc độ tốt Tránh chập điện: Một tác dụng hay ăng tên vây cá mập giảm bớt khả chập điện Cụ thể, phụ kiện có ngun lí dây nguội thiết bị điện xe Nếu chạy xe thời tiết giơng bão phụ kiện đơi cịn giảm bớt nguy bị sét đánh trúng Giảm nhiễu tín hiệu: Ăng-ten vây cá mập mẫu xe hạng sang giúp chống nhiễu tín hiệu radio Đây công dụng dành cho ăng-ten cao cấp, với công thức sử dụng ngun lý động lực học khơng khí CHƯƠNG 2: NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Khí động học tơ Khí động học ô tô lĩnh vực kỹ thuật ô tơ nghiên cứu luồng chảy khí hệ thống động hệ thống xả Nó tập trung vào việc nghiên cứu tối ưu hóa hiệu suất động hệ thống xả cách sử dụng nguyên lý chất lưu động (khí) tượng liên quan Khí động học tơ liên quan đến việc nghiên cứu cải thiện hiệu suất động cách tối ưu hóa luồng khí vào động luồng khí xả khỏi động Điều đảm bảo động cung cấp đủ khí nhiên liệu oxy để cháy hiệu quả, từ tạo cơng suất mơ-men xoắn tối đa Một số khía cạnh khí động học tơ bao gồm: Hệ thống cung cấp khí: Nghiên cứu hệ thống cung cấp khí gồm lọc khơng khí, ống thơng gió, hệ thống nạp khí (turbocharger supercharger) hệ thống tiếp khí (throttle body) Hệ thống xả: Tối ưu hóa hệ thống xả bao gồm ống xả, phận hấp thụ âm (muffler) phận giảm khí thải (catalytic converter) để đảm bảo hiệu suất cao tuân thủ quy định môi trường Tính tốn động học: Sử dụng phương pháp tính tốn mơ để đánh giá cải thiện luồng khí hệ thống động cơ, động lực học chất lưu (CFD) mơ hình hóa luồng khí Cải tiến động cơ: Sử dụng kiến thức khí động học để tối ưu hóa thiết kế động cơ, hệ thống nạp khí, hệ thống xả thành phần khác để đạt hiệu suất tốt hơn, tiêu thụ nhiên liệu hiệu giảm khí thải độc hại Để mơ tượng khí động học vây thu sóng tơ, tập trung vào hình dạng tác động vây thu sóng khí tơ di chuyển Dưới mô đơn giản để bạn hình dung: Trạng thái ban đầu: Giả sử ô tô di chuyển với vận tốc cao mặt phẳng đường thẳng Trước ô tô, tồn lớp khí tĩnh, khơng chuyển động Vây thu sóng: Trên thân tơ, có cấu trúc vây thiết kế đặc biệt Khi ô tô di chuyển với vận tốc cao, vây tạo loại sóng áp suất gọi sóng vây thu Sóng vây thu di chuyển từ trước tơ phía trước với vận tốc âm (vận tốc tốc độ âm thanh) Sóng tạo vùng áp suất cao phía trước vùng áp suất thấp phía sau vây Hiệu ứng khí động: Sóng vây thu tác động lên khí xung quanh Khi sóng qua, khí nén làm gia tăng áp suất vùng áp suất cao Trong đó, khí vùng áp suất thấp giãn nở giảm áp suất Hiệu ứng gây luồng khí chuyển động tạo lực hút phía sau vây thu sóng Giảm lực cản: Hiệu ứng khí động vây thu sóng giúp giảm lực cản tổng thể tơ Khi có sóng vây thu, lực hút phía sau tơ giảm đi, giúp giảm kháng cự với khí làm tăng hiệu suất di chuyển ô tô Mô ví dụ đơn giản để hình dung hiệu ứng khí động học vây thu sóng tơ Trên thực tế, mô nghiên cứu chi tiết thực phương pháp tính tốn mơ hình hóa phức tạp để đánh giá hiệu vây thu sóng tối ưu Tham khảo thông số thiết kế tối ưu cho hiệu cao Mô cụ thể cần sử dụng phương trình cơng thức khí động học phức tạp hơn, phương trình Euler hay NavierStokes, để mơ tả xác tương tác vây thu sóng, tơ khí 2.1.2 Mơ hình tốn Để xem xét đầy đủ tính chất vật lý thời gian tính tốn tương ứng, giả định sau thực hiện: Các phương trình phân tích số nghiên cứu sau:  Phương trình bảo tồn khối lượng: ∂p + ∇ ( ρV ) =0 ∂t  Phương trình bảo tồn động lượng: ∂ ( ρu ) −∂ p ∂ τ xx ∂ τ yx ∂ τ zx + ∇ ( ρuV ) = + + + +ρ f x ∂t ∂x ∂x ∂y ∂z ∂ ( ρv ) −∂ p ∂ τ xy ∂ τ yy ∂ τ xy +∇ ( ρvV )= + + + +ρf y ∂t ∂y ∂x ∂ y ∂ z ∂ ( ρw ) −∂ p ∂ τ xz ∂ τ yz ∂ τ zz + ∇ ( ρwV )= + + + +ρ f z ∂t ∂z ∂x ∂y ∂z  Phương trình bảo tồn lượng: [ ( )] [ ( ) ] ∂ V ρ e+ ∂t ρ q+ ˙ ∇= +∇ ρ e+ V V = ( ) ( ) ( ) ∂ ( up ) ∂ ( vp ) ∂ ( ℘ ) (uτ ¿¿ xx ) (uτ ¿¿ yx ) (uτ ¿¿ zx ) ( ∂ ∂T ∂ ∂T ∂ ∂T k + k + k − − − +∂ +∂ +∂ +∂ ∂x ∂x ∂ y ∂y ∂z ∂z ∂x ∂y ∂z ∂x ∂y ∂z ∂u ∂v ∂w + + toán tử div ∂x ∂y ∂z u , v , w thành phần vectơ tốc độ V theo phương x , y , z t thời gian V vector vận tốc p mật đồ dòng lưu chất T ij biểu diễn ứng suất theo phương j tác dụng lên mặt phẳng vng góc với trục i f x , f y , f z thành phần lực thể tích theo phương x, y, z e lượng bên chất lỏng đơn vị khối lượng p˙ biểu thị tốc độ gia nhiệt đơn vị khối lượng k mật độ dẫn nhiệt 2.2 Xây dựng mơ hình 3D xe vây thu sóng 2.2.1 Mơ hình 3D vây thu sóng Hình 2.1: Vây thu sóng tơ vẽ Solidworks  Kích thước loại vây thu sóng: Hình 2.2: Vây thu sóng loại Hình: Trường áp suất sau mơ Hình: Đường dịng vận tốc sau mơ Model 8: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây giữa, loại vây 59  Với yếu tố nhiễu thứ nhiệt độ môi trường 35.2816oC (R1): Hình: Trường vận tốc sau mơ Hình: Trường áp suất sau mơ 60 Hình: Đường dịng vận tốc sau mô  Với yếu tố nhiễu thứ hai nhiệt độ môi trường 35.0568oC (R2): Hình: Trường vận tốc sau mơ 61 Hình: Trường áp suất sau mơ Hình: Đường dịng vận tốc sau mô  Với yếu tố nhiễu thứ ba nhiệt độ môi trường 34.5476oC (R3): 62 Hình: Trường vận tốc sau mơ Hình: Trường áp suất sau mơ 63 Hình: Đường dịng vận tốc sau mơ - Model 9: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây đầu, loại vây  Với yếu tố nhiễu thứ nhiệt độ mơi trường 35.2816oC (R1): 64 Hình: Trường vận tốc sau mơ Hình: Trường áp suất sau mơ Hình: Đường dịng vận tốc sau mô 65  Với yếu tố nhiễu thứ hai nhiệt độ mơi trường 35.0568oC (R2): Hình: Trường vận tốc sau mơ Hình: Trường áp suất sau mơ 66 Hình: Đường dịng vận tốc sau mô  Với yếu tố nhiễu thứ ba nhiệt độ mơi trường 34.5476oC (R3): 67 Hình: Trường vận tốc sau mơ Hình: Trường áp suất sau mơ Hình: Đường dịng vận tốc sau mơ 68 69 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Nhìn chung yếu tố nhiễu không ảnh hưởng nhiều đến mơ hình nghiên cứu, so sánh kết quả, thấy yếu tố nhiễu tức: nhiệt độ áp suất không ảnh hưởng nhiều đến kết thu Phải chăng, loại vây nơi đặt vây yếu tố ảnh hưởng đến kết thu Theo kết thu được, + Về vận tốc, thử nghiệm loại vận tốc, dựa kết quả, vận tốc cao cho lực cản lớn + Về vị trí đặt vây, thử nghiệm vị trí trước, sau, dựa vào kết thu được, vị trí đặt vây có ảnh hưởng lớn vị trí đặt vây giữa, cịn vị trí đặt vây có ảnh hưởng nhỏ vị trí đặt vây phía sau + Về loại vây, thử nghiệm loại vây loại vây truyền thống loại vây khác thị trường, dựa vào kết thu loại vây số cho lực cản thấp nhất, loại vây gây lực cản lớn loại vây số Trong q trình di chuyển, tơ gặp phải lực kháng khơng khí, cịn gọi lực kháng động học, tác động luồng khơng khí tơ chuyển động qua không gian Để mô nghiên cứu hiệu ứng này, mơ hình khí động học sử dụng để phân tích lực kháng động học ô tô Trong mô khí động học, số yếu tố quan trọng xem xét làm nảy mũi xe, diện tích tiếp xúc xe với khơng khí, hệ số cản khơng khí, tốc độ di chuyển tơ tính chất khơng khí xung quanh Thơng qua mơ phỏng, tìm hiểu đánh giá tác động lực kháng động học hiệu suất vận tốc ô tô 70 Khi ô tô di chuyển với tốc độ cao, lực kháng động học ngày gia tăng Điều gây lực ngược hướng, đối lực với hướng di chuyển ô tô, gây kháng cản làm giảm vận tốc xe Điều địi hỏi động tơ phải cung cấp cơng suất lớn để vượt qua lực kháng trì vận tốc đề Mơ khí động học vay thu sóng tơ cho phép nghiên cứu yếu tố thiết kế cải thiện hiệu suất giảm lực kháng động học Ví dụ, việc thay đổi hình dạng thân xe, tạo góc cạnh đường cong khéo léo giúp giảm lực cản khơng khí cải thiện động học tơ Tóm lại, mơ khí động học vây thu sóng tơ công cụ quan trọng để nghiên cứu đánh giá lực kháng động học trình di chuyển tơ Nó cho phép hiểu rõ tác động lực kháng động học thiết kế xe cải thiệnhiệu suất tối ưu hóa hiệu vận hành tơ Bằng cách sử dụng mơ này, đưa giải pháp thiết kế công nghệ để giảm lực kháng động học, tăng tốc độ tiết kiệm lượng lĩnh vực ô tô 71 Tài liệu tham khảo: Anuar, K., & Soegihin, A (2022) Aerodynamic Analysis of Unnamed Aerial Vehicle Serindit V-2 Using Computational Fluid Dynamics Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 93(1), 83-93 Chen, L., Guo, Z., Deng, X., & Hou, Z (2020) Aerodynamic performance and transition prediction of low-speed fixed-wing unmanned aerial vehicles in full configuration based on improved γ− Reθ model Aerospace Science and Technology, 107, 106281 Islas-Narvaez, E A., Ituna-Yudonago, J F., Ramos-Velasco, L E., VegaNavarrete, M A., & Garcia-Salazar, O (2022) Design and Determination of Aerodynamic Coefficients of a Tail-Sitter Aircraft by Means of CFD Numerical Simulation Machines, 11(1), 17 Jadhav, C R., & Chorage, R P (2020) Modification in commercial bus model to overcome aerodynamic drag effect by using CFD analysis Results in Engineering, 6, 100091 Kuitche, M A J., Botez, R M., Guillemin, A., & Communier, D (2020) Aerodynamic modelling of unmanned aerial system through nonlinear vortex lattice method, computational fluid dynamics and experimental validationapplication to the UAS-S45 bàlaam: Part INCAS Bulletin, 12(2), 99-115 Liang, D T R., Tan, M C., Li, M., Abbasi, Q H., & Imran, M (2019) Radome design with improved aerodynamics and radiation for smart antennas in automotive applications 2019 IEEE International Symposium on RadioFrequency Integration Technology (RFIT), 72 https://www.audioboffins.com/shark-fin-antenna-for-dab-fm-and-gps/?fullSite=1 https://amphenolprocom.com/products/das/1460-profin https://jcantenna.en.made-in-china.com/product/YxnphNSEugkG/China-LongRange-GPS-GSM-FM-RoHS-Electric-Car-Roof-Sharkfin-Antenna.html 73