(Tiểu luận) báo cáo môn học nghiên cứu lực cản gió của vây thu sóng trên ô tô

Giới thiệu chung về vây thu sóng ô tô

Cấu tạo

Ở trên nóc nhiều ô tô hiện nay thường có một vật nhỏ nhỏ hình “vây cá mập” Chi tiết này không đơn giản chỉ là một miếng nhựa trang trí mà còn là ăng-ten của xe, giúp xe bắt sóng radio, điện thoại Ở một số dòng xe kiểu mới, ăng-ten vây cá mập được lắp đặt sẵn Đối với nhiều người dùng, họ cảm thấy chi tiết vây cá mập này rất thời trang, giúp thay thế ăng-ten kiểu truyền thống nên có thể lắp đặt thêm như một phụ kiện Ăng ten "vây cá mập” thông thường có cấu tạo rỗng, với vỏ ngoài hình vây cá làm bằng nhựa, bên trong lồng dây ăng ten bắt sóng Cũng như tên gọi, phụ kiện này có tác dụng như 1 chiếc ăng-ten cơ bản giúp tăng cường tín hiệu truyền thông trong xe Ngoài ra, việc lắp đặt ăng-ten vây cá mập cũng khiến chiếc xe thời trang và thể thao hơn nhiều so với dùng ăng-ten thường dạng cơ bản.

Công dụng

Giúp giảm lực cản cho xe: Cấu tạo dạng xẻ, thuôn dài của "vây cá mập" giúp giảm lực cản không khí cho chiếc xe khi chạy Vậy nên, dù ngược gió thì chiếc xe lắp vây cá mập vẫn có thể giữ tốc độ khá tốt.

Tránh chập điện: Một tác dụng khá hay của ăng tên vây cá mập là giảm bớt khả năng chập điện Cụ thể, phụ kiện này có nguyên lí như một dây nguội đối với thiết bị điện của xe Nếu chạy xe trong thời tiết giông bão thì phụ kiện này đôi khi còn có thể giảm bớt nguy cơ bị sét đánh trúng.

Giảm nhiễu tín hiệu: Ăng-ten vây cá mập trên các mẫu xe hạng sang có thể giúp chống nhiễu tín hiệu radio Đây là công dụng dành cho ăng-ten cao cấp,với công thức sử dụng nguyên lý động lực học không khí.

NỘI DUNG 5 2.1 Cơ sở lý thuyết

Khí động học trên ô tô

Khí động học trên ô tô là một lĩnh vực trong kỹ thuật ô tô nghiên cứu về luồng chảy khí trong hệ thống động cơ và hệ thống xả Nó tập trung vào việc nghiên cứu và tối ưu hóa hiệu suất động cơ và hệ thống xả bằng cách sử dụng nguyên lý về chất lưu động (khí) và các hiện tượng liên quan.

Khí động học trên ô tô liên quan đến việc nghiên cứu và cải thiện hiệu suất động cơ bằng cách tối ưu hóa luồng khí vào động cơ và luồng khí xả ra khỏi động cơ Điều này đảm bảo rằng động cơ được cung cấp đủ khí nhiên liệu và oxy để cháy hiệu quả, từ đó tạo ra công suất và mô-men xoắn tối đa.

Một số khía cạnh của khí động học trên ô tô bao gồm:

Hệ thống cung cấp khí: Nghiên cứu về hệ thống cung cấp khí gồm bộ lọc không khí, ống thông gió, hệ thống nạp khí (turbocharger hoặc supercharger) và hệ thống tiếp khí (throttle body).

Hệ thống xả: Tối ưu hóa hệ thống xả bao gồm ống xả, bộ phận hấp thụ âm thanh (muffler) và bộ phận giảm khí thải (catalytic converter) để đảm bảo hiệu suất cao và tuân thủ các quy định về môi trường.

Tính toán động học: Sử dụng các phương pháp tính toán và mô phỏng để đánh giá và cải thiện luồng khí trong hệ thống động cơ, như động lực học chất lưu (CFD) và mô hình hóa luồng khí.

Cải tiến động cơ: Sử dụng kiến thức về khí động học để tối ưu hóa thiết kế động cơ, hệ thống nạp khí, hệ thống xả và các thành phần khác để đạt được hiệu suất tốt hơn, tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả hơn và giảm khí thải độc hại. Để mô phỏng hiện tượng khí động học vây thu sóng trên ô tô, chúng ta sẽ tập trung vào hình dạng và tác động của vây thu sóng trên khí quyển khi ô tô di chuyển Dưới đây là một mô phỏng đơn giản để bạn có thể hình dung:

Trạng thái ban đầu: Giả sử ô tô di chuyển với vận tốc cao trên một mặt phẳng đường thẳng Trước ô tô, tồn tại một lớp khí quyển tĩnh, không chuyển động.

Vây thu sóng: Trên thân ô tô, có một cấu trúc vây được thiết kế đặc biệt. Khi ô tô di chuyển với vận tốc cao, vây này tạo ra một loại sóng áp suất được gọi là sóng vây thu Sóng vây thu di chuyển từ trước ô tô ra phía trước với vận tốc âm (vận tốc dưới tốc độ âm thanh) Sóng này tạo ra một vùng áp suất cao phía trước và một vùng áp suất thấp phía sau vây.

Hiệu ứng khí động: Sóng vây thu tác động lên khí quyển xung quanh Khi sóng đi qua, khí quyển được nén và làm gia tăng áp suất trong vùng áp suất cao.Trong khi đó, khí quyển trong vùng áp suất thấp được giãn nở và giảm áp suất.Hiệu ứng này gây ra một luồng khí chuyển động và tạo ra một lực hút phía sau vây thu sóng.

Mô phỏng trên chỉ là một ví dụ đơn giản để hình dung hiệu ứng khí động học vây thu sóng trên ô tô Trên thực tế, mô phỏng và nghiên cứu chi tiết hơn được thực hiện bằng các phương pháp tính toán và mô hình hóa phức tạp hơn để đánh giá hiệu quả của vây thu sóng và tối ưu Tham khảo các thông số và thiết kế tối ưu cho hiệu quả cao nhất Mô phỏng cụ thể cần sử dụng các phương trình và công thức khí động học phức tạp hơn, như phương trình Euler hay Navier- Stokes, để mô tả chính xác hơn sự tương tác giữa vây thu sóng, ô tô và khí quyển.

2.1.2 Mô hình toán Để xem xét đầy đủ các tính chất vật lý và thời gian tính toán tương ứng, các giả định sau đây đã được thực hiện:

Các phương trình chính của phân tích số trong nghiên cứu này như sau:

Phương trình bảo toàn khối lượng:

Phương trình bảo toàn động lượng:

∂ ( ρVw ) + ∇ ( ρVwV )= − ∂ p + ∂ τ xz + ∂ τ yz + ∂ τ zz + ρV f

Phương trình bảo toàn năng lượng:

∂ ∂ T ∂ ∂ T ∂ ∂T ∂ (up) ∂ (vp ) ∂ (℘) (uτ ¿¿ xx ) (uτ ¿¿ yx ) (uτ ¿¿ zx ) ρV q˙+ ∂ x ( k ∂ x ) + ∂ y ( k ∂ y ) + ∂ z ( k ∂ z ) − ∂ x − ∂ y − ∂ z + ∂ ∂ x +∂ ∂ y +∂ ∂ z

∂ x ∂ y ∂ z lần lượt là thành phần vectơ tốc độ V theo phương x , y , z t là thời gian

V là vector vận tốc p là mật đồ dòng lưu chất

T ij biểu diễn ứng suất theo phương j tác dụng lên mặt phẳng vuông góc với trục i f x , f y , f z lần lượt là thành phần lực thể tích theo phương x, y, z e là năng lượng bên trong của chất lỏng trên một đơn vị khối lượng p˙ biểu thị tốc độ gia nhiệt trên một đơn vị khối lượng k là mật độ dẫn nhiệt. u , v , w

Xây dựng mô hình 3D xe và vây thu sóng

2.2.1 Mô hình 3D vây thu sóng

Hình 2.1: Vây thu sóng trên ô tô vẽ bằng Solidworks Kích thước các loại vây thu sóng:

Hình 2.2: Vây thu sóng loại 1

Hình 2.7: Vây thu sóng loại 3 2.2.2 Xây dựng mô hình 3D xe

Hình 2.12: Khoảng cách đặt vây so với mép kính sau

1 Đặt vây ở sau cách mép kính sau: 0.13 m

2 Đặt vây ở giữa cách mép kính sau: 0.65 m

3 Đặt vây ở đầu cách mép kính sau: 1.16m

Hình 2.13: Một mô hình xe và vây thu sóng hoàn chỉnh

Thiết lập thuật giải và điều kiện biên

P2: Vị trí đặt vây Sau Giữa Đầu

P3: Loại vây Loại 1 Loại 2 Loại 3

Bảng 1: Các yếu tố ảnh hưởng và các cấp độ

Mô hình Vận tốc Vị trí đặt vây Loại vây

Bảng 3: Các Model và các thông số ảnh hưởng

Xây dựng mô phỏng bằng phần mềm Ansys Fluent

Các bước thiết lập một mô hình để mô phỏng trong phần mềm Ansys Fluent:

Bước 1: Mở phần mềm Ansys Fluent

Bước 2: Trong khung Toolbox kéo khối Geometry vào khung Project

Schematic và nhập bản vẽ 3D cần mô phỏng vào:

Bước 3: Mở khối Geometry và thiết lập các thông số:

+ Nhấp vào Generate để update mô hình

+ Đặt tên các khối và thiết lập các thuộc tính của các khối

+ Tạo Boolean và thiết lập Operation là subtract, Target Bodies là khối air và Tool Bodies là khối anten và khối car Sau khi thiết lập xong ấn Generate để update mô hình Sau đó đóng Geometry

Bước 4: Kéo khối mesh từ khung Toolbox vào khung Project Schematic và kết nối khối Geometry với Mesh

Bước 5: Mở khối Mesh lên:

+ Chọn Mesh và thiết lập các thông số để chia lưới

+ Nhấp Generate Mesh để tiến hành chia lưới

+ Sau khi chia lưới xong tiến hành đặt tên cho các bề mặt

Bước 6: Kéo khối Fluent từ Toolbox vào và kết nối khối Mesh với khối Fluent

Bước 8: Mở Solution ở khối Fluent lên, thiết lập các thông số

+ Mục General thiết lập gia tốc trọng trường theo phương Y là -9.81 m/s 2

+ Mục Model thiết lập Viscous model là k_epsilon và Energy là On

+ Mục boundary condition , mặt air_inlet tiến hành thiết lập các thông số vận tốc, nhiệt độ và tại mục specification method chọn K and epsilon, thiết lập tương tự ở mặt air_outlet.

+ Mục Solution Initialization chọn Hybrid Initialization và ấn Intialize

+ Mục Run caculation, mục Number of Iterations thiết lập 1000 và chọn Caculate để tiến hành mô phỏng

Kết quả mô phỏng mô hình xe và vây thu sóng

Model 1: Vận tốc 20 km/h, vị trí đặt vây ở phía sau, loại vây 1.Với yếu tố nhiễu thứ nhất nhiệt độ môi trường là 35.2816 o C (R1):

Hình 2.14: Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Hình 2.15: Trường áp suất sau khi mô phỏng

Hình: Đường dòng vận tốc sau khi mô phỏng

Với yếu tố nhiễu thứ hai nhiệt độ môi trường là 35.0568 o C (R2):

Hình 2.16: Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Với yếu tố nhiễu thứ ba nhiệt độ môi trường là 35.5476 o C (R3):

Hình 2.18 :Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Hình 2.19: Trường áp suất sau khi mô phỏng

- Model 2: vận tốc 20km/h, vị trí đặt vây ở giữa, loại vây 2

Với yếu tố nhiễu thứ nhất nhiệt độ môi trường là 35.2816 o C (R1):

Hình: Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Hình: Trường áp suất sau khi mô phỏng

- Model 3: vận tốc 20km/h, vị trí đặt vây ở đầu, loại vây 3

- Model 7: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây ở sau, loại vây 3

Model 8: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây ở giữa, loại vây 1

- Model 9: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây ở đầu, loại vây 2

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	5,51 MB