Giảm hệ số cản khí động lực học mô hình xe ahmed bằng phương

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG GIẢM HỆ SỐ CẢN KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH XE AHMED BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO CÁC LỖ THƠNG GIĨ PHÍA SAU Mã số: T2022-06-25 Chủ nhiệm đề tài: KS Tống Duy Quốc Đà Nẵng, tháng 11 năm 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG GIẢM HỆ SỐ CẢN KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH XE AHMED BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO CÁC LỖ THÔNG GIĨ PHÍA SAU Mã số: T2022-06-25 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài KT HIỆU TRƯỞNG (ký, họ tên) PHÓ HIỆU TRƯỞNG PGS TS Võ Trung Hùng KS TỐNG DUY QUỐC ii DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ tên Vai trò Đơn vị công tác TS Nguyễn Minh Tiến Thành viên Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật - Đại học Đà Nẵng ThS Phùng Minh Tùng Thành viên Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật - Đại học Đà Nẵng iii MỤC LỤC Mục lục iv Danh sách bảng, hình vẽ vi Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt ix Thông tin kết nghiên cứu .xi MỞ ĐẦU .1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ii DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI iii Tổng quan 15 1.1 Khí động học tơ 15 1.1.1 Khí động lực học thơng số đặc trưng 15 1.1.2 Lực cản khơng khí 17 1.1.3 Cấu trúc vỏ xe hình thành vùng xốy thấp áp 21 1.1.4 Nguồn gốc lực cản 23 1.1.5 Sự phát triển hình dạng thân xe .29 1.2 Tình trạng nghiên cứu khí động học tơ 34 1.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 34 1.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 36 1.3 Tổng quan mô CFD ứng dụng công nghiệp 37 1.3.1 Tại lại cần đến mô CFD? 37 1.3.2 Mơ CFD gì? 38 1.3.3 Quy trình mơ CFD 39 1.3.4 Các ứng dụng thực tiễn mô CFD 42 Xây dựng mô hình mơ khí động lực học Ơ tơ 44 2.1 Cơ sở lý thuyết khí động học .44 2.2 Mơ dịng chảy khơng khí 44 2.2.1 Các công cụ toán học ký hiệu quy ước .44 2.2.2 Các phương trình mơ 45 2.2.3 Các thông số đặc trưng 46 2.2.4 Mô dòng chảy rối 48 iv 2.2.5 Phương pháp số để giải tốn khí động học 53 2.3 Mô khí động học vỏ xe ANSYS – FLUENT 54 2.3.1 Giới thiệu chung ANSYS – FLUENT 54 2.3.2 Mơ dịng chảy khơng khí bao quanh vỏ xe FLUENT 55 AHMED Nghiên cứu MÔ PHỎNG KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH XE 57 3.1 Giới thiệu mơ hình xe Ahmed 57 3.2 Phương pháp mô số 58 3.2.1 Phương trình SST k-ꞷ .58 3.2.2 Miền tính tốn chia lưới 58 3.3 Mơ khí động lực học mơ hình Ahmed 25o 60 3.3.1 Phân bố trường vận tốc 60 3.3.2 Phân bố trường áp suất 61 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng đến hệ số cản khí động lực học mơ hình xe Ahmed .61 3.4.1 Phân bố trường vận tốc 61 3.4.2 Phân bố trường áp suất 62 3.5 Nghiên cứu giảm hệ số cản khí động lực học mơ hình xe Ahmed cách tạo lỗ thơng gió phía sau 63 KẾT LUẬN 66 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Thuyết minh đề tài NCKH Hợp đồng triển khai đề tài Phụ lục hợp đồng Bảng Mục lục minh chứng sản phẩm đề tài Bộ minh chứng sản phẩm đề tài v DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 1.1 Một số ngun nhân giải thích CFD sử dụng rộng rãi? 37 Bảng 3.1 Thơng số lỗ thơng gió trường hợp mơ hình xe Ahmed 64 Bảng 3.2 Thông số đầu vào 65 Bảng 3.3 Kết mô .65 Hình 1.1 Các lực tác dụng lên vật nằm dòng chảy 15 Hình 1.2 Sự hình thành vùng xốy áp thấp phía sau vật cản 17 Hình 1.3 Ảnh hưởng hình dạng vật cản tới hình thành vùng xốy .18 Hình 1.4 Q trình cải thiện hình dạng khí động học tơ nhằm giảm hệ số cản 19 Hình 1.5 Hệ số cản khơng khí số loại tơ tải .20 Hình 1.6 Hệ số cản khơng khí loại xe thơng dụng 20 Hình 1.7 Các vùng xốy vỏ tơ 21 Hình 1.8 Phân bố áp suất không thứ nguyên vỏ xe 22 Hình 1.9 Ảnh hưởng cấu trúc xe tới hệ số lực cản khí động 23 Hình 1.10 Dịng khơng khí xung quanh phần đầu ô tô 23 Hình 1.11 Sự phân bố áp lực phía trước ô tô .24 Hình 1.12 Sự phân bố lực cản phía trước ô tô .24 Hình 1.13 Ảnh hưởng lực cản đến góc nghiêng mặt trước 25 Hình 1.14 Dịng chảy xung quanh kính chắn gió 25 Hình 1.15 Các nhân tố ảnh hưởng đến phân bố lực cản kính chắn gió 26 Hình 1.16 Sự phân bố áp suất lên kính chắn gió cột A 27 Hình 1.17 Dịng khơng khí qua tản nhiệt .28 Hình 1.18 Một số dạng ống dẫn khơng khí làm mát .29 Hình 1.19 Sự biểu diễn hàm đặc trưng 30 Hình 1.20 Tối ưu hố chi tiết tơ 31 Hình 1.21 Tối ưu hố chi tiết tơ 32 Hình 1.22 Sự phát triển hình dạng thân xe .33 Hình 1.23 Sự phát triển hình dạng tơ từ thân sở .33 Hình 1.24 Lịch sử phát triển mơ hình tính tốn khí động học 34 Hình 1.25 Sơ đồ nguyên lý làm việc ống khí động 37 vi Hình 1.26 Mơ hình mơ CFD 39 Hình 1.27 Quy trình cho người sử dụng mô CFD 40 Hình 1.28 Tóm lược quy trình kiểm tra kiểm nghiệm CFD 41 Hình 1.29 Ứng dụng thực tiễn mơ CFD 43 Hình 2.1 Các thành phần ứng suất khối chất lỏng 46 Hình 3.1 Mơ hình xe Ahmed 57 Hình 3.2 Vùng khơng gian mơ 59 Hình 3.3 Chia lưới 59 Hình 3.4 Kiểm tra lưới 60 Hình 3.5 Phân bố trường vận tốc 60 Hình 3.6 Phân bố trường áp suất 61 Hình 3.7 Áp suất góc nghiêng khác nhau: (a) 10° (b)15° (c) 25° (d) 45° (e) 60° (f) 90° 63 Hình 3.8 Các trường hợp mơ hình xe Ahmed khác 64 Hình 3.9 Hệ số lực cản khí động lực học mơ hình xe Ahmed .65 vii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU: Tên gọi Đơn vị Ký hiệu Lực khí động theo phương dọc N Fx Lực khí động theo phương ngang N Fz Lực khí động theo phương thẳng đứng N Fy Hệ số cản khí động theo phương dọc - Cx Hệ số cản khí động theo phương ngang - Cz Diện tích cản diện m2 A Khối lượng riêng khơng khí ⍴ Vận tốc dịng khí vơ kg/m3 U∞ Số Reynolds m/s Re Số Mach M - µ - viii ԑ Hệ số tán xạ lượng dòng rối - ω Hệ số tán xạ lượng dòng rối - CHỮ VIẾT TẮT: Ký tự Nguồn gốc Chú giải RANS Reynolds Averaged Navier Phương trình Reynolds trung bình hóa Stokes DNS Direct Numerical Simulation Mô trực tiếp RSM Reynolds Stress Model Mơ hình ứng suất Reynolds FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn CFD Computational Fluid Dynamic Phần mềm tính tốn động lực học chất lỏng LES Large Eddy Simulation Mơ hình dịng rối lớn DES Detached Eddy Simulation Mơ hình dịng rối phân tách SST Shear Stress Transport Mơ hình vận tải ứng suất ix Mẫu Thông tin kết nghiên cứu đề tài KH&CN cấp Trường ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Giảm hệ số cản khí động lực học mơ hình xe Ahmed phương pháp tạo lỗ thơng gió phía sau - Mã số: T2022-06-25 - Chủ nhiệm: KS Tống Duy Quốc - Thành viên tham gia: + TS Nguyễn Minh Tiến + ThS Phùng Minh Tùng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: 3/2023 – 11/2023 Mục tiêu: Đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng phía sau (=20o, =25o =30o) đến lực x