Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hàng không: Khảo sát đặc tính lực đẩy chân vịt tàu thủy của tàu sông nhỏ

Bên cạnh đó, luận văn sử dụng phan mémDOFI ứng dụng chương trình mã nguồn mở OpenFOAM, được xây dựng va phat triểnbởi công ty DFM-Engineering, xây dựng mô hình số dé tính toán các thông

TORQUE COEFF(KQ)

trên các biên dạng cánh chân vit tàu thủy, phan bố áp suất trên bề mặt cánh chân vịt tàu thủy, phân tích hiện tượng xâm thực trên biên dạng cánh, hiện tượng xâm thực chân vịt tàu thủy.

Hình 2: Chân vit tàu thủy tàu thủy nội địa phố biến trong nước

Từ mẫu chân vịt tàu thủy hiện có, tác giả tiến hành xây dựng mô hình 3D băng phương pháp quét biên dạng không tiếp xúc Thiết bị được sử dụng là máy Next Engine 3D Scanner Máy có tích hợp phần mềm ScanStudio HD Từ dữ liệu quét ta sử dụng phần mém SolidWorks để xuất ra các đường cong tiết diện cánh Sau đó đo đạc để xác định bán kính tiết diện cánh, chiều dài dây cung tại tiết diện đó, góc nghiêng

Từ hình học 3D tác giả sử dụng phần mềm chia lưới DMesh để chia lưới Việc chia lưới và đánh giá lưới rất quan trọng, nó ảnh hưởng lớn đến kết quả và thời gian thực hiện Cùng một miễn chia lưới nếu chia lưới có kích thước quá nhỏ thì số lượng phân tử lưới sẽ rất lớn dẫn tới thời gian chạy lâu hơn va tiêu tốn tài nguyên máy tính.

Nếu chia lưới có kích thước lớn lưới không mô tả chính xác được các ứng xử của dòng lưu chất Vì vậy kích thước lưới được xác định dựa vào mô hình rối được chọn.

Bên cạnh đó việc xác định điều kiện biên chính xác và lựa chọn “solver” thích hợp cũng ảnh hưởng rất lớn đến kết quả Từ kết quả thu được tác giả tiến hành phân tích đánh giá xem có phản ánh đúng hiện tượng vật lý hay không Tiếp theo đó kết quả số được so sánh kết quả với thực nghiệm nhằm đánh giá độ chính xác.

Phương pháp thực hiện được mô tả bởi sơ đỗ khói dưới đây:

Mẫu chân vịt tàu thủy khảo sát

Mô hình Mô hình chân chân vit tau vit tàu thủy thu thuy 3D nhỏ đông dang

Chia lưới ` cho hình học Thực nghiệm

Kết quả mô Kết quả thực phỏng số & nghiệm & Đánh Đánh giá phần — So sánh gia phan tich tich

1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Việc phương pháp số ngày càng được ưa chuộng và phát triển rộng rãi nên số lượng các bai báo, dé tài là rất lớn Tuy nhiên, các bài báo về phân tích dòng qua chân vịt tàu thủy để xây dựng đồ thị đặc tính chân vịt tàu thủy là rất hạn chế Điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam dé thực hiện tương tự các bài báo được công bồ là hết sức khó khăn Tác giả dựa vào bài báo đã công bô và kê thừa các kinh nghiệm nghiên cứu đê thực hiện tôt nghiên cứu của mình.

Tac giả M Salim va Siew Cheong Cheah[21] chỉ ra rang y là tiêu chí lựa chon thích hợp cho việc xác định cấu hình lưới và mô hình rối Chiều dày lớp biên tính dựa vào giá trị y` của vùng rỗi hoàn toan(fully turbulent) kết hop sử dụng mô hình rối có sử dụng “wall function” là cho kết quả tính toán khá chính xác mà không cần chia lưới với trị số y* nam trong vùng “viscous sub layer” Điều đó giúp có thể giảm được số lượng lưới đáng kể, giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên máy tính Ngoai ra chúng ta không nên chia lưới với y* năm trong vùng

“buffer region” vì két quả tính toán có độ sai lệch lớn dù có sử dung “wall function” hay mô hình rối gần tường hay không.

Tác giả Đặng Quốc Bao[17] sử dụng phần mém mã nguồn mở OpenFOAM và mô hình rối Spalart — Allmaras dé khảo sát đặc tính khí động của dòng qua chong chóng Kết quả thu được từ mô hình số gần đúng với thực nghiệm nhưng sai số còn khá cao 10% Sai số này phụ thuôc vào nhiều yếu tố như: chất lượng lưới, mô hình rối, các điều kiện biên, và nhất là ảnh hưởng của cơ tính vật liệu đến hình học của chong chóng trong quá trình hoạt động của nó Tuy nhiên ta thấy rang phần mềm mã nguồn mở OpenFOAM có thé xây dựng mô hình tính toán số cho kết quả khá chính xác.

Nhóm tác giả S Subhas, V.F.Saji, S Ramakrishna và H N Das [2] sử dụng mô hình rối K, tiêu chuẩn kết hợp với phần mềm Fluent thương mại ban 6.0 cho kết quả tính toán hệ số lực đây và lực cản rất chính xác so với kết quả thực nghiệm.

Bên cạnh đó phần mém Fluent thương mại bản 6.3 cho kết quả tính toán trong điều kiện môi trường tính có 2 pha là nước và hơi nước cũng khá chính xác, khi môi trường lưu chất có xảy ra hiện tượng sui bọt với số sủi bọt là 2.07.

Có thé nhận thấy rang mô hình rối K, tiêu chuẩn có thé được sử dụng và kết qua tính toán là khá chính xác Tuy nhiên phần mềm Fluent thương mai khá tốn kém về chi phí bản quyền Hon nữa các tác giả chỉ mô phỏng cho một trường hợp với một số sủi bọt cụ thể chứ chưa nêu ra với chế độ hoạt động nào của chân vit tàu thủy thì sẽ bat dau xảy ra hiện tượng xâm thực và vi tri nào sẽ xuât hiện sủi bọt đầu tiên Khi sự xâm thực đã xảy ra như thế nào với các chế độ làm việc khác nhau của chân vịt tàu thủy.

Tác giả Eamonn Colley[22] chi ra rang có rất nhiễu yếu tố trong mô phỏng CFD có thé tạo ra kết quả không mong muốn Solver MRFSimpleFoam được sử dụng vì Solver SRFSimpleFoam chạy không hội tụ Xây dựng mô hình chân vịt tàu thủy 3D, triển khai của lưới và lựa chọn các điều kiện biên chính xác là rat quan trọng để cho kết quả mong muốn Từ các phân tích dựa trên kết quả mô phỏng có thể dự đoán được ở đâu và khi nào xâm thực sẽ xảy ra thông qua số liệu phân phối áp lực, nhưng thiếu trong việc tính toán ảnh hưởng của sự xâm thực đến hệ số lực đây và mô-men Các kết quả tính toán được so sánh với kết quả thực nghiệm (Emerson andSinclair, 1967) là khá tốt, mặc dù có sự khác biệt nhỏ.

Phằn2 LY THUYET DONG LỰC HOC VÀ HIỆN TƯỢNG

XÂM THUC CHAN VỊT TAU THỦYTHỦY BANG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHONG SO

3.1 Xây dựng hình học chan vịt tàu thuy [6]

Mẫu được chọn để khảo sát là mẫu chân vịt tàu thủy ba lá cánh tại bộ môn KY thuật Tàu thủy (Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Bách Khoa) Sử dụng máy quét biên dang Next Engine 3D Scanner để quét biên dạng mẫu chân vịt tàu thủy đã chọn như Hình 11.

Hình 11: Mô hình chân vịt tàu thủy 3D quét từ chân vịt tàu thủy thực

Sau khi quét biên dạng ta xuất ra file dit liệu đám mây điểm của mô hình chân vit tàu thủy 3D Tuy nhiên, dữ liệu đám mây điểm có được sau khi quét chưa có vị trí trong hệ trục trong không gian thuận tiện cho việc tính toán Do đó cần phải xác định những thành phan trục tọa độ va gốc tọa độ trước khi xử lí dữ liệu Dé xác định hệ trục tọa độ, ta vẽ bang Matlab những hình chiếu của chân vit tàu thủy lên mặt phẳng Oxy,Oyz và Oxz Sau đó từ hình vẽ, ta xác định điểm làm gốc C1 và C2, đường thang C1-C2 xem như trục chính của chân vit tàu thủy Tiếp theo, ta xác định góc lệch so với trục Oz của đường C1-C2 Cuối cùng, ta chon C1 lam gốc tọa độ và xoay trục chân vit tàu thủy trùng với Oz sau đó xuất ra dữ liệu đám mây điểm của chân vịt tàu thủy thuận tiện cho tính toán, đo đạc Đám mây điểm sau khi được gan vao hé truc toa do thich hợp có thé sử dung phần mém Solidworks dé xây dựng mô hình chân vịt tàu thủy 3D hoàn chỉnh như Hình 12 Sai số giữa mô hình chân vịt tàu thủy 3D và chân vịt tàu thủy thật rất nhỏ vào khoảng 10” nên không ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính Từ mô hình chân vịt tàu thủy 3D trong Solidworks ta xuất thành file có định dạng STL để tiến hành chia lưới và tính toán.

Quy trình xây dựng hình học 3D từ chân vịt tàu thủy thực được như sơ đồ dưới đây:

Dữ liệu tọa độ diém

Dữ liệu tọa độ điểm đã thiết lập hệ trục

Dựavào các bài báo và đề tài khảo sát đặc tính hoạt động của chân vịt tàu thủy đã được đăng tải ta thay mô hình rối hai phương trình thường được sử dụng và cho kết quả có độ chính xác đáng tin cậy Mô hình rối hai phương trình gồm có mô hình k-œ và K-e.

Mô hình k-œ bao gồm mô hình k-œ Standard và mô hình k-œ SST Theo các nghiên cứu hiện nay thì mô hình rối k-œ cho kết quả chính xác hơn mô hình rối k-e.

Tuy nhiên sự sai khác kết quả giữa hai mô hình rồi là khá nhỏ Hơn nữa, mô hình rối k- đòi hỏi nhiều tài nguyên máy tính và thời gian tính toán lâu hơn mô hình rối k-e.

Do đó mô hình rối k-e được tác gia sử dụng cho bài toán khảo sát đặc tính chân vit tàu thủy.

3.2.1 Mô hình rối k-e Mô hình k-g có 3 mẫu đó là standard, RNG và Realizable Cả ba mẫu này đều tương tự như nhau với những phương trình cần bang cho k và e Những điểm khác nhau chính của mô hình này như sau:

= Phương pháp tính toán độ nhớt dòng tối.

" Sự phụ thuộc cua số Prandlt vào sự khuyếch tank và 8.

= Các toán hang sinh ra và biến mất trong phương trình e.

Mô hình k-e cho dòng chảy rối là mô hình day đủ nhưng đơn giản nhất, bao gồm hai phương trình trong đó việc giải độc lập hai phương trình chuyển động cho phép xác định tốc độ rối và tý lệ chiều dài độc lập với nhau Mô hình này là mô hình bán thực nghiệm dựa trên các phương trình chuyền động rối với năng lượng động học rối k và tỷ lệ khuyếch tán của nó e Mô hình này sử dụng hai giả thuyết quan trọng sau đây:

= Dòng chảy rối hoan toàn.

=" Bỏ qua ảnh hưởng của độ nhot phân tử.

Tất cả các mô hình rối đều xuất phát từ hai phương trình cơ bản là phương trình cơ bản và phương trình động lượng Với dòng rối hai phương trình này được viết lại như sau:

+ TT“+——~—~ổ;——)|+=—+=—(—ỉu,) (102 ox, as ox, 3 7 Ox, ! Ox, ay | pul i) ( ) J

Với u; và u; là các mach động (chênh lệch giữa van tôc tức thời và van tôc trung bình).

Hai phương trình này không đủ dé giải tat cả các an (3 ân u¡ u; và - pu,u, ) do vay ta phải tim thêm các phương trình liên quan dé khép kin thành một hệ phương trình có thể giải được Tùy theo dạng phương trình thêm vào mà ta có các phương pháp khác nhau.

Trong mồ hình k-g, các phương trình thêm được xây dựng như sau:

Theo giả thuyết về độ nhot rôi của Boussinesgq ta có:

Phương trình trên thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất Reynolds — puu, VỚI biến thiên vận tốc trung bình Để giải phương trình này, người ta khép kín nó với các phương trình có liên quan tới k (năng lượng rối động hoc) và hệ số tôn thất ¢ như sau:

O,, ) Ox, 2UX) , 20M) OH |2 LG, +G,—pe—Y„ +5,

+ —= +——||+Œ€„—(GŒ,+€ŒG,)—CŒ,ứ—+S ôi ax ax, Lt 16 7 (G, 3-Gp) 2z“ k é ĩ

G, là hăng số thé hiện sự phụ thuộc của sự hình thành năng lượng rỗi động học

(k) vào sự biên thiên của van toc trung bình như sau:

* OX, G, xac dinh nhu sau:

Trong đó: Pr, là hăng số Prantl

G; là thành phan gia tốc trọng trường theo phương i.

8 là hệ số giãn nở nhiệt của môi trường.

Y là hệ số thể hiện sự biến thiên của quá trình giãn nở so với giá trị trung bình.

Trong đó: M, là số Mach của rối, M, = IS với a là vận tốc âm thanh. ¿i, là hệ số nhớt roi: ;„, = pC, =

Các hệ số còn lại là các hăng SỐ, CÓ giá tri mặc định như sau: Cl; = 1.44; C›; 1.92; C, = 0.09; ơy = I.0; 6, = 1.3

Kết hop các phương trình trên với hai phương trình cơ bản là phương trình liên tục và phương trình động lượng, ta sẽ được một hệ phương trình khép kín đủ để giai ra trường phân bồ vận tốc.

Mô hình k-e là mô hình đơn giản có thé áp dụng với hầu hết các bài toán thông thường với độ chính xác khá tốt Tuy nhiên, đối với bài toán chuyển động quay mô hình rối k-e Realizable cho kết quả chính xác nhất Bên cạnh đó mô hình rối k-e Realizable còn mô tả khá chính xác sự thay đối của dòng tại lớp biên, từ đó giúp ta có thể biết được những vi tri xảy ra hiện tượng sui bọt trên bề mặt chân vit tàu thủy trong quá trình hoạt động Do đó tác giả chon mô hình rối k-e Realizable dé áp dung cho bài toán này.

Chỉ số y* được tính theo công thức: Ủy

Vận tốc ma sát: ơn (109)

Mặt khác ứng suất trượt tại tường được tính:

Ty = 0.5ŒzpUé (110) Hệ số ma sát C; được tính như sau:

Dựa vào mô hình rối đã chọn ta xác định được khoảng giá trị y* Từ giá trị y* giúp ta tính toán được chiều dày lớp biên tương ứng Chiều dày lớp biên càng nhỏ sẽ mô tả càng chính xác chuyển động của dòng lưu chất qua bề mặt chân vit tàu thủy.

Tuy nhiên nếu chiều dảy lớp biên quá nhỏ thì kích thước các ô lưới ở gần lớp biên phải giảm nhỏ theo nếu không sẽ gây ra hiện tượng nhảy bước lưới có thé làm cho kết quả sai lệch hoặc chạy không hội tụ Do đó số lượng lưới sẽ tăng lên rất nhiều làm kéo dài thời gian tính toán Từ mô hình rối đã chon là k-e Realizable thì giá trị y* sẽ rơi vào khoảng [10;100] nên ta chọn y” = 70 là phù hợp Với y” = 70 ta tính được giá tri của lớp biên đầu tiên là 0.422 mm Tiếp theo ta chọn số lớp lưới ở vùng lớp biên là 5 với hệ số giãn lưới là 1.2 là phù hợp cho bải toán.

3.3 Chia lưới cho mô hình chân vịt tàu thủy

Trong CFD, đối với bai toán mô phỏng dòng ồn định theo thời gian thì miễn tính toán được chia thành hai miền phụ: miễn ngoài và miễn trong bám sát chân vịt tàu thủy Có hai phương pháp thường được áp dụng để mô tả đặc tính xoay của chân vịt tàu thủy thường được sử dụng như:

" Phương pháp SRFSimpleFoam (Single Rotating Frame). ằ Phuong phỏp MRFSimpleFoam (Multiple Rotating Frames).

BIIEEIIIISIEIIEEIIEEINY

-174130Hình 28: Áp suất mặt hút chân vit tàu thủy ở vận (ốc tiến là 1.0 m/s (J = 0.25)

Hình 29: Áp suất mặt dap chan vit tau thủy ở vận tốc tiến là 1.0 m/s (J = 0.25)

Hình 30: Phân bố van tốc ở vận tốc tiến của chân vit tau thủy là 1.5 m/s (J = 0.375)

Hình 32: Áp suất mặt hút chân vit tàu thủy ở vận (ốc tiến là 1.5 m/s (J = 0.375)

- 135595 Hình 33: Ap suất mặt đạp chân vit tàu thủy ở vận tốc tiến là 1.5 m/s (J = 0.375)

= Trường hợp 4: Vận tốc tiễn bằng 2 m/s

Hình 34: Phân bố van tốc ở vận tốc tiến của chân vit tau thủy là 2.0 m/s (J = 0.50)

-135595Hình 36: Áp suất mặt hút chân vit tàu thủy ở vận (ốc tiến là 2.0 m/s (J = 0.50)

Hình 37: Ap suất mặt dap chan vit tau thủy ở vận tốc tiến là 2.0 m/s (J = 0.50)

= Trường hop 5: Vận tốc tiến bang 2.4 m/s

Hình 38: Phân bố vận tốc ở vận tốc tiến của chân vịt tàu thủy là 2.4 m/s (J = 0.60)

Hình 39: Phân bố áp suắt ở vận tốc tiến của chân vịt tàu thủy là 2.4 m/s (J = 0.60)

Hình 40: Áp suất mặt hút chân vit tau thủy ở vận tốc tiến là 2.4 m/s (J = 0.60)

Hinh41: Áp suất mặt đạp chân vịt tàu thủy ở vận tốc tiến là 2.4 m/s (J = 0.60)

= Truong hợp 6: Vận toc tiên bang 3.0 m/s

Hình 42: Phân bố vận tốc ở vận tốc tiến của chân vịt tàu thủy là 3.0 m/s (J = 0.75)

Hình 43: Phân bố áp suắt ở vận tốc tiến của chân vit tàu thủy là 3.0 m/s (J = 0.75)

Hình 44: Áp suất mặt hút chân vit tàu thủy ở vận (ốc tiến là 3.0 m/s (J = 0.75)

IIIIEIEISISSEIIEIEIIY

Hình 45: Áp suất mặt đạp chân vịt tau thủy ở vận tốc tiến là 3.0 m/s (J = 0.75) ằ Truong hợp 7: Vận toc tiờn băng 3.6 m/s

Hình 46: Phân bố van tốc ở vận tốc tiến của chân vịt tau thủy là 3.6 m/s (J = 0.9)

Hình 47: Phân bố áp suất ở vận tốc tiến của chân vịt tàu thủy là 3.6 m/s (J = 0.9)

IILIIITHỦY BẰNG THỰC NGHIỆM

4.1 Các định luật đồng dạng [4]

Trong thực nghiệm muốn sử dụng kết quả của mô hình thực nghiệm cho mô hình thật thì theo luật đồng dạng mô hình thực nghiệm và mô hình thật phải thỏa mãn ba tiêu chuẩn đồng dạng sau đây: đồng dạng hình học, đồng dạng động học và động lực học đồng dạng. Điều kiện đồng dạng hình học đòi hỏi tỉ lệ các kích thước tương ứng của mô hình và chân vịt tàu thủy thật là giá trị không đổi, các thông số hình học không thứ nguyên như tỉ lệ bước xoắn, tỉ lệ diện tích mặt đĩa, tỉ lệ chiều day cánh, tỉ lệ chiều rộng cánh phải là hằng số Đường bao cánh và profil các mặt cắt cánh tương ứng của mô hình và chân vịt tàu thủy thực phải giống nhau. Điều kiện đồng dạng động học đòi hỏi dòng chảy bao quanh mô hình và chân vịt tàu thủy phải như nhau, tại những điểm tương ứng trên dòng chảy này tỉ lệ giữa vận tốc dòng chảy qua mô hình và chân vịt tàu thủy thật là hăng số, còn hướng và chiều phải trùng nhau Thỏa mãn điều kiện này cho vận tốc tiến Vỹ và tốc độ vòng tại đầu cánh 7rDn trên mô hình và chân vit tàu thủy thật ta có quan hệ: mm =-ND) mô mnn — (HD) phật

> (Kr) mo mình = (Kr) enat (113)

(Ko) ng hình ` (Ko) sua, q14)

(Tp ) ns hình — (Ty) nae (115) Điều kiện động lực học đồng dạng được xây dựng trên cơ sở định luật đồng dạng Newton, thé hiện bang biéu thức Betrand:

PmVinlin PmVin-linTrong đó: R là luc tác động: p là khối lượng riêng của chat lỏng: V là vận tốc; / là chiều dài; là diện tích.

Hiệu suất chan vịt tau thủy:

Hoặc Œip)m = (Tp): (120) Thường điều kiện động lực học tương tự thể hiện qua các số Reynolds và số

- Số Froude đóng vai trò quan trong khi xem xét lực quán tính Trong thí nghiệm mô hình chân vit tàu thủy chiều dài là D, vận tốc là Vp hoặc rDn Số Froude được việt dưới một trong các dạng sau:

Nếu lay m= 4/g thi tacédFn = —-* nýD

Trong đó tỉ lệ mô hình A tính theo biểu thức 2 = D,/Đự„

- Số Reynolds: trong trường hợp thử chan vit tàu thủy trong môi trường chat lỏng nhớt số Reynolds có dạng.

Trong đó b, là chiều dài, v, là vận tốc đặc trưng tại bán kính r, 0 là hệ số nhớt động học.

—R,= (124) - lại vp AoaZ Đề thỏa mãn được điều kiện Reynolds thì tần suất mô hình phải đạt giá trị: tạ = Me GG)? (125)Vm.D

=> Tm=Krp tm Dm = Krp 7 A* Da = Krp nˆDể = T,

=> (Ra) = (Ra) (126) Nhung trong thực tế thử nghiệm chân vit tàu thủy tau thì không thé thỏa mãn điều kiện này mà thỏa mãn từng phân Do vậy nếu Rn nhỏ thì bắt buộc phải thỏa mãn điều kiện Reynolds.

4.2 Thứ mô hình chân vit tàu thủy tự do [4]

Các bé thử tau va mô hình chân vit tàu thủy sử dụng hai cách thử trong bé.Cach thứ nhất là thử mô hình chân vit tàu thủy tự do, không gan thành một khối với vỏ tàu.Cách thứ hai là thử toàn bộ cụm thiết bị gồm chân vit tàu thủy gan sau vo tau.

Cách thứ nhất được dùng rộng rãi hơn Chân vit tàu thủy được gắn với thiết bị do đặt trong bể thử Vận tốc quay của chân vịt tàu thủy, lực đây phát sinh trong những thời điểm tương ứng được thiết bị đo ghi lại Khi tiến hành thí nghiệm những thông số co bản như tốc độ tiến, tốc độ quay thay đổi theo một trong hai phương pháp sau:

Vận tốc quay không đổi, vận tốc tiễn của mô hình thay đôi theo yêu cau.

Vận tốc tiền không đổi, vận tốc quay thay đồi.

Theo phương pháp thay đổi vận tốc tiến ta thay tỉ số tiến J trong phạm vi rộng, từ chế độ buộc tau dé vận tốc tién băng 0 và J=0 đến chế độ làm việc J=P/D, từ đó lực đây triệt tiêu Trong quá trình thử phải giữ nguyên giá trị của số Rn.

Ngược lại phương pháp thay đổi vận tốc quay đòi hỏi phải thay đổi liên tục số Rn theo chế độ quay Phương pháp này không thực hiện được cho Rn=0.

Trong quá trình thí nghiệm tiến hành do lực đây, momen quay, vận tốc quay, vận tốc tiến Các kết qua thí nghiệm được biểu diễn dưới dang đồ thị K+ — J - np va đồ thi

Ko — 1 - Tp trong đó Ky và Ko là hàm của J và tỉ lệ P/D.

4.3 Thiết kế, thi công bể nước tĩnh cho thực nghiệm lực đấy của chân vịt tàu thay mô hình

Từ các điều kiện đưa ra ở trên, bể nước tĩnh cho thực nghiệm lực đây của chân vịt tàu thủy mô hình thu nhỏ được dé xuất theo mô hình đưa ra ở Hình 58 Theo đó, bể nước tinh có kích thước cơ bản như sau: daixr6ngxcao = 3000x 1500x600 mm.

Hình 58: Mô hình 3D của bé nước tinh cho thực nghiệm lực day của chân vịt tàu thủy mô hình

Khi được tích nước theo thiết kế thì thể tích nước trong bể thử là:

3000x1500x500 = 2.25x10” mm” = 2.25 mỉ Bề nước tĩnh thiết kế có diện tích mặt cắt ngang của nước chứa trong bề là 1500x500 = 0.75 mm” = 0.75 m” Do đó, với chân vit tàu thủy mô hình thu nhỏ có đường kính tối đa là 50 mm thì diện tích xoay của chân vịt tàu thủy chiếm 0.12% diện tích mặt cắt ngang của lượng nước chứa trong bề Vị trí đặt chân vịt tàu thủy thu nhỏ cùng với hệ thống đo lực đây là ở vùng có khoảng cách từ 0.6 m đến 0.8 m từ một đầu theo chiều dai của bé nước, và do đó khoảng cách dài còn lại của bề là 2.2 m đến 2.4 m là đủ cho việc tiêu tán động lượng nước tạo ra sau chân vit tàu thủy với vòng quay cua chân vit tàu thủy trong quá trình thử nghiệm từ

6000 vòng/phút trở xuống Thực tế nếu chiều dai của bể càng lớn thì điều kiện nước tĩnh trong quá trình thực nghiệm lực đây của chân vịt tàu thủy thu nhỏ sẽ càng tiễn đến giá trị tuyệt đối (vận tốc dòng vào của chân vit tàu thủy là không) Tuy nhiên, do điều kiện khách quan về diện tích mặt băng cần cho việc thi công bề nên chiều dai 3.0 m dé xuất là chiều dài lớn nhất có thể Trong quá trình thử nghiệm lực đây cho chân vịt tàu thủy hai lá cánh của tàu lướt mô hình, đường đặc tính lực day ghi nhận cho thay chiều dài này là chấp nhận được cho phép đảm bảo độ tin cậy của kết quả thực nghiệm.

Việc triển khai thi công bể được tiến hành tại phòng thí nghiệm Cơ kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Tp HCM Vật liệu được lựa chon dé thi công bể nước tĩnh là thép góc L (30x30 mm) dé tạo khung của bể, va tam bac bang nhựa được phủ bên trong khung của bé Dé đảm bảo kết câu của khung trong quá trình tích nước và thực nghiệm, các dây cáp băng thép được căng theo chiều dài và chiều rộng của bé ở dưới đáy Hình 59 dưới đây thé hiện bể nước tĩnh sau khi được thi công hoàn chỉnh và đang được chuẩn bị tích nước Hình 60 thể hiện bể đã được tích nước theo thiết kế và đang được triển khai dé thực nghiệm đặc tính lực đây tĩnh của chân vit aio ets a n - +

Hình 59: Bé nước tinh sau khi được thi công hoàn chỉnh và đang trong quá trình tích nước

4.4 Thiết kế, thi công hệ thống đo lực đấy của chân vịt tàu thủy mô hình thu nhỏ Do đặc thù của chân vịt tàu thủy là hoạt động trong môi trường nước và hệ thống thực nghiệm đặc tính lực đây của chân vit tàu thủy đề xuất trong điều kiện bỏ qua ảnh hưởng của thân tàu (chân vịt tàu thủy tự do trong nước), nên hệ thống đo lực đây của chân vịt tàu thủy thu nhỏ trong quá trình thử nghiệm phải có khả năng ghi nhận được đúng bản chất lực đây của chân vịt tàu thủy khảo sát trong điều kiện nước tĩnh và theo đúng điều kiện chân vịt tàu thủy tư đo nêu ở trên.

Hệ thống do lực đây của chân vit tàu thủy thu nhỏ dé xuất sẽ có thiết kế dựa trên nguyên lý đo biến dạng và chuyển hóa biến dạng ghi nhận thành giá trị lực đây khảo sỏt Hệ thống này được thiết kế sử dụng cảm biến điện trở dang “load-celẽ” với cảm biến điện trở được ga cứng cố định vào một thanh có độ cứng đủ lớn để trong quá trình thực nghiệm lực day tao ra bởi chân vịt tàu thủy gây biến dạng không đáng kế đối với thanh nối này Một hệ thống xử lý tín hiệu ghi nhận bởi “load-cell” sẽ được kết nối với

“load-cell” và kết nối với máy tính thông qua công giao tiếp RS-232 để xuất kết qua theo thời gian thực với tần số lấy mẫu là 10 Hz Do đặc tính của chân vit tàu thủy khá 6n định và xác lập nhanh theo số vòng quay của nó, nên tần số 10 Hz nay là đủ cho việc phi nhận dữ liệu thực nghiệm và đặc tinh lực của chân vit tàu thủy khảo sát.

Hình 71 thé hiện liên kết giữa động cơ với chân vịt tàu thủy thực nghiệm theo điều kiện chân vịt tàu thủy tư do.

JADEVER

- Economically priced compact units offer low to mid-range operation Large LCD display with green LED backlight High-impact ABS housing with reversible cover Adjustable stand for bench scale

Zero/Tare/Simple counting Net &Gross display/ check weighing/Peak hold functions Low battery /Charging indication Adjustable capacities, Resolutions and parameters Auto shut off for power saving

Designed for operations in shipping, receiving, and general commercial applications where simplicity is a must

Resolution 300,000 internal graduations Weighing Units k#/Ib Disp lay 6digits, 31mm digit height, lange LCD display with green LED backlight Dimension (mm) 230⁄182x85

Power Supply AC 110V/220V (AC£10%) or rechargeable battery (6V/3.2A) Weight Net weight: 142kg Gross weight: 20,6kg Analog Signal Input Range 0.6mV/V~3mV/V Analog Signal Sensitivity 0.12uV/d minimum

Hình 65: Bộ xử ly tín hiệu cảm biến điện trở “load-cell” của hãng Jadever

Bộ Jadever JWI-3000 có khả năng giao tiếp máy tính qua công RS-232 để xuất dữ liệu trong quá trình thực nghiệm với tần số lẫy mẫu tối đa là 10 Hz Các dit liệu xuất từ bộ Jadever JWI-3000 sẽ được hiện thị trên máy tính dạng bảng dữ liệu Excel và do đó hoàn toàn cho phép xử lý kết quả ghi nhận sau quá trình thực nghiệm một cách dễ dàng. Đề ghi nhận vòng quay của động cơ điện không chối than (cũng chính là vòng quay của chân vit tàu thủy mô hình thu nhỏ) trong quá trình thực nghiệm, bộ xử lý va lưu trữ dữ liệu E-logger V4 của hãng Eagle Tree được chọn (xem Hình 66) với cam biến vòng quay của động cơ khôn chổi than RPM Sensor V2 cũng của hãng Eagle

BATT — _*®KẾT LUẬN

Qua tat cả các chương trên luận văn đã cơ bản hoàn thành các mục tiêu dé ra là khảo sát đặc tính đây của chân vịt tàu thủy cho tàu trên sông nhỏ Mô hình mô phỏng số trình bày trong luận văn khi áp dụng cho mẫu chân vịt tàu thủy tàu thủy nội địa đã cho kết quả gần đúng khi so sánh với đặc tính chân vịt tàu thủy được thiết kế dựa trên chuẩn Wageningen B-series (xem Hình 81). os

—Hé số lực day Kt Wageningen

—Hé số moment Kq Wageningen ô Hệ số lực day Kt CFD a Hệ số moment Kg CFD

LỆ số lực diy Kt e Hiệu suất CFD

Hình 81: So sánh kết quả tính toán số với đặc tinh của chân vit tau thủy ba lá cánh theo chuẩn

Mặc dù các kết quả thực nghiệm đặc tính lực đây của chân vit tàu thủy khảo sát thu nhỏ tỉ lệ 1:8 chưa có được Nhung với các kết quả tính toán và phương pháp luận trình bày ở trong luận văn này, tác giả đã hoàn thành các mục tiêu đưa ra trong luận văn Cụ thể:

Các kết quả đạt được của luận văn - Thiết lập được phương pháp khảo sát đặc tính đây của chân vit tàu thủy thực tế băng phương pháp số.

- Dua ra kết qua tinh toán đáng tin cậy.

Những mặt còn hạn chế của luận văn

- Chua khảo sát được quá trình hình thành va phát triển của các bọt khí trên bề mặt chân vit tàu thủy để từ đó đánh giá tác động của hiện tượng xâm thực lên chân vit tàu thủy Từ các đánh giá đó kết hợp với đặc tính đây của chân vịt tàu thủy ta có thể đưa ra các chế độ làm việc hiệu quả nhất cho chân vịt tàu thủy.

- Khao sát sự anh hưởng của các mô hình rỗi cho từng chế độ làm việc của chân vit tàu thủy. Định hướng phát triển

Khảo sát hiện tượng xâm thực xảy ra trên bề mặt chân vịt tàu thủy bằng phương pháp mô phỏng so. Đánh giá sự tác động của mô hình rỗi đến kết quả tính toán.

Dựa vào phương pháp khảo sát nay ta có thé tiến hành khảo sát chân vịt tàu thủy găn với thân tàu.