Phân bố dòng, áp suất tác động lên tàu trên mặt thống, hình ảnh mơ phỏng số với dòng 2 pha sử dụng ANSYS-Fluent .... Thiết kế cano trên phần mềm chuyên dụng Auto Ship, sử dụng mô hình -t
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NINH CƠNG TỐN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Ninh Cơng Tốn CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC VÀ GIẢM LỰC CẢN KHÍ ĐỘNG TÁC ĐỘNG LÊN CANO CHỞ KHÁCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC KHÓA 2017B-MTK.KH Hà Nội - 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204919321000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI H ỌC BÁCH KHOA HÀ N ỘI - Ninh Cơng Tốn NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC VÀ GIẢM LỰC CẢN KHÍ ĐỘNG TÁC ĐỘNG LÊN CANO CHỞ KHÁCH Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ VĂN HỆ Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nghiên cứu riêng Các số liệu, kế t qu ả nêu luận văn trung thực chưa cơng b ố cơng trình khác Hà Nội, tháng năm 2018 Học viên i LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầ y giáo TS Ngô Văn Hệ người trực tiếp hướng dẫn tận tình chu tơi hồn thành lu ận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể thầ y, giáo Viện khí động lực, Viện đào tạ o Sau đại học, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tận tình y dỗ , truyền đạt kiến th ức, giúp suốt th ời gian học tập làm luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, ủng hộ tơi hết lịng, động viên chia sẻ suốt thời gian học tập làm luận văn Hà Nội, tháng năm 2018 Học viên ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC CÁC BẢNG vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình khai thác sử dụng cano chở khách 1.2 Một số mẫu cano sử dụng nghiên cứu .11 1.3 Lý thuyết thủy khí động lực lực cản khí động 14 CHƯƠNG II: MƠ HÌNH BÀI TỐN VÀ CƠNG CỤ MƠ PHỎNG SỐ CFD 18 2.1 Mơ hình tốn khảo sát đặc tính khí động học cano 18 2.2 Cơng cụ tính tốn mơ số CFD 20 2.3 Các bước thực trình giải tốn CFD 26 2.4 Mơ hình hóa miền khơng gian tính tốn chia lưới .27 2.5 Một số mơ hình r ối ANSYS FLUENT 34 2.5.1 Mơ hình rối phương trình (one equation turbulence models ) 34 2.5.2 Mơ hình hai phương trình (two equations model) 36 2.5.3 Mơ hình k-epsilon 37 CHƯƠNG III: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC THÂN CANO THƠNG QUA SỬ DỤNG CFD 41 3.1 Quy trình chung thực tốn mơ số CFD 41 3.2 Mơ hình cano sử dụng tính mơ số CFD .42 3.3 Thiết kế miền khơng gian tính tốn, chia lưới đặt điều kiện biên 45 3.4 Kết mô số phân bố áp suất dòng bao quanh cano .48 3.5 Kết CFD lực cản khí động tác động lên cano 52 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU GIẢM LỰC CẢN KHÍ ĐỘNG TÁC ĐỘNG LÊN CANO 56 4.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu giảm lực cản khí động cho cano khách .56 iii 4.2 Ảnh hưởng hình dáng thân đến đặc tính khí động cano 58 4.2.1 Mơ hình tính tốn điều kiện khảo sát 58 4.2.2 Kết tính tốn khảo sát ảnh hưởng hình dáng thân cano đến đặc tính khí động học 63 4.3 Nghiên cứu giảm lực cản khí động tác động lên cano 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 BẢNG GIẢI THÍCH KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cano composite chở khách du lịch Cù lao Chàm Hình 1.2 Cano composite chở khách du lịch Hòn Rơm, Phan Thiết Hình 1.3 Cano composite chở khách du lịch đảo Tuần Châu, Quảng Ninh Hình 1.4 Cano composite chở khách du lịch tuyến sơng Sài Gịn Hình 1.5 Cano composite cứu hộ lực lượng công an, quân đội Việt Nam 10 Hình 1.6 Cano chở khách cầu cảng đảo Hịn Mun 12 Hình 1.7 Hình ảnh phân bố áp suất đường dịng bao quanh tàu 17 Hình 2.1 Đường hình dáng thân tàu sử dụng nghiên cứu 19 Hình 2.2 Xây dựng mơ hình tốn khảo sát đặc tính khí động học cho cano 20 Hình 2.3 Phân bố dịng, áp suất tác động lên tàu mặt thống, hình ảnh mơ số với dòng pha sử dụng ANSYS-Fluent 21 Hình 2.4 Ví dụ hình ảnh chia lưới ANSYS 28 Hình 2.5 Lưới lục diện bao quanh trụ mặt phẳng chiều 30 Hình 2.6 Chia lưới lục diện tự động, sử dụng phương pháp chia lưới 30 Hình 2.7 Chia lưới tự động bao gồm lớp biên căng cho mơ hình phức tạp 33 Hình Đường hình dáng tàu hàng 42 Hình Thiết kế cano phần mềm chuyên dụng Auto-Ship, sử dụng mô hình thân cano nghiên cứu khảo sát đặc tính khí động học với CFD 43 Hình 3 Mơ hình cano hồn thiện sử dụng nghiên cứu 44 Hình 3.4 Miền khơng gian tính tốn chia lưới 46 Hình 3.5 Thiết lập điều kiện tính tốn cho tốn mơ số CFD 47 Hình 3.6 Phân bố áp suất bao quanh thân cano khảo sát góc ngóc mũi độ 48 Hình 3.7 Phân bố vận tốc dịng xung quanh tàu mặt cắt dọc tâm 49 Hình 3.8 Phân bố áp suất bề mặt thân cano góc ngóc mũi độ 49 Hình 3.9 Phân bố áp suất bao quanh thân cano góc ngóc mũi độ, vận tốc 5m/s 50 Hình 3.10 Phân bố vận tốc dòng xung quanh tàu mặt cắt dọc tâm 51 Hình 3.11 Phân bố áp suất bề mặt diện tích thân cano góc ngóc mũi độ, vận tốc 5m/s 51 Hình 3.12 Đồ thị hệ số lực cản khí động tác động lên tàu C T, góc ngóc mũi độ 53 Hình 3.13 Đồ thị hệ số lực cản khí động tác động lên tàu C T, góc ngóc mũi độ 53 Hình 3.14 Đồ thị hệ số lực cản khí động tác động lên tàu C T, góc ngóc mũi độ 54 v Hình Sự phân bố dòng bao quanh vật thể trụ hộp theo số Reynolds 57 Hình 4.2 Đường hình dáng cano dạng tuyến hình tam giác, N1 58 Hình 4.3 Đường hình dáng cano dạng tuyến hình cong trơn, N2 58 Hình 4.4 Đường hình dáng cano dạng tuyến hình vat góc, N3 59 Hình 4.5 Đường hình dáng cano dạng tuyến hình vng dạng U, N4 59 Hình 4.6 Mơ hình cano với dạng tuyến hình khác N1-N4 sử dụ ng tính tốn mơ số CFD 60 Hình 4.7 Miền khơng gian tính tốn chia lưới thực tính mơ số đặc tính khí động mẫu cano khảo sát 62 Hình 4.8 Phân bố áp suất xung quanh mẫu cano khảo sát trạng thái cân bằng, Rn=0,2.106 63 Hình 4.9 Phân bố dòng xung quanh cano trạng thái cân bằng, R n=0,2.106 64 Hình 4.10 Phân bố áp suất xung quanh cano trạng thái khai thác có góc ngóc mũi độ, R n=5.106 65 Hình 4.11 Phân bố dịng xung quanh cano trạng thái khai thác với góc ngóc mũi độ, Rn=5.106 66 Hình 4.12 Lực cản khí động tác động lên mẫu cano khảo sát trạng thái cân với góc ngóc mũi độ 67 Hình 4.13 Lực cản khí động tác động lên mẫu cano khảo sát trạng thái khai thác ngóc mũi độ 68 Hình 4.14 Hình dáng mẫu cano thay đổi thiết kế thượng tầng mũi 70 Hình 4.15 Phân bố áp suất dòng bao quanh thân cano N5 R n=0.2x106 71 Hình 4.16 Phân bố áp suất dịng bao quanh thân cano N5 R n=0.2x106 72 Hình 4.17 Phân bố áp suất dịng bao quanh thân cano N5 R n=1.7x106 73 Hình 4.18 Lực cản khí động tác động lên thân cano 74 Hình 4.19 Lực cản khí động tác động lên thân cano 75 vi DANH MỤC CÁC B ẢNG Bảng 1 Thơng số kích thước cano mẫu tham khảo nghiên cứu 13 Bảng Thơng số kích thước tàu 42 Bảng Thơng số kích thước cano 45 Bảng 3.2 Một số điều kiện tính mơ 47 Bảng 3.3 Bảng tính lực cản khí động tác động lên cano góc ngóc mũi độ 52 Bảng 3.4 Bảng tính lực cản khí động tác động lên cano góc ngóc mũi độ 52 Bảng 3.5 Bảng tính lực cản khí động tác động lên cano góc ngóc mũi độ 54 Bảng 4.1 Thơng số kích thước chủ yếu cano sử dụng nghiên cứu 61 Bảng 4.2 Thông số đầu vào điều kiện tính tốn sử dụng nghiên cứu 62 Bảng 4.3 Bảng tính giá trị lực khí động hệ số lực khí động tác động lên tàu 74 Bảng 4.4 Bảng tính giá trị lực khí động hệ số lực khí động tác động lên tàu 75 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong trình khai thác, vận tải đườ ng thủy, nâng cao hiệu khai thác tàu vấn đề quan trọng Để thực vấn đề này, cần thiết ph ải giả m tiêu hao nhiên liệu chạy tàu Gi ảm lực cản cho tàu mộ t biện pháp hữu ích mang lại nhiều lợi ích thiết thực Vấn đề nghiên cứu giảm lực cản, tiết kiệm nhiên liệu nhiều nhà nghiên cứu, thiết kế khai thác sử dụng tàu quan tâm Trước nhu cầu đó, tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu đặc tính khí động giảm lực cản khí động tác động lên cano chở khách nhằm nâng cao hiệu kinh tế khai thác cho tàu Lịch sử nghiên u Lĩnh vực tính tốn lực cản tàu thủ y nói chung, lực cản khí động c tàu nói riêng có nhiều tác giả nước quan tâm nghiên u Từ nhiều năm trước công cụ hỗ trợ tính tốn chưa phát triển, việc tính toán xác định lực cản tàu ch ủ yếu dựa kết qu ả thực nghiệm mơ hình tàu Trên sở kết tổ ng hợp nghiên u năm gần đây, với phát triển mạnh cơng cụ, phương tiên hỗ trợ tính tốn số đời, tính tốn động lực học chất lỏng CFD (Computational Fluid Dynamic) trở thành công c ụ hữu dụng việc ước lượng, dự đoán lực cản tác động lên tàu [15, 16, 17, 18] Ngày CFD trở thành công cụ phổ biến nhiều nhà nghiên cứu sử dụng làm phương tiện h ỗ trợ cho trình thực nghiên cứu [5, 6, 7, 10, 11, 12] Nghiên cứu đặc tính khí động học giảm lự c cản khí động tác động lên cano chở khách nói riêng phương tiện giao thơng vận tải nói chung đề tài đặt cho nhiều nhà nghiên c ứu chuyên môn giải đáp [7, 10, 11] Với mỗ n loại tàu khác nhau, cần có bi ện pháp k ỹ thuật khác để làm giảm lực c ản tác động lên tàu Giảm lực cản tác động lên tàu giúp tiế t kiệm nhiên liệu tiêu hao