Luận án tiến sĩ nghiên cứu cải thiện dạng khí động học vỏ xe khách lắp ráp tại việt nam (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tô Hoàng Tùng NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN DẠNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 62520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2016 Công trình hoàn thành Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan PGS.TS Hồ Hữu Hải Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, nhu cầu vận chuyển hành khách đường Việt Nam ngày tăng cao, sở hạ tầng, đường sá giao thông phát triển tích cực, tốc độ di chuyển phương tiện vận tải hành khách nâng lên rõ rệt Do đó, lĩnh vực sản xuất ô tô khách nhận quan tâm đặc biệt Chính phủ Tại Việt Nam, có số doanh nghiệp đầu tư sản xuất lắp ráp ô tô khách từ 24 - 80 chỗ phục vụ giao thông công cộng sở lắp ráp xe lắp ráp dựa phụ tùng nhập Phần công việc thực nước sản xuất khung vỏ với công nghệ hàn, sơn lắp ráp nội thất chất lượng mức độ hạn chế Vấn đề nghiên cứu, tối ưu hóa kết cấu vỏ xe nhằm nâng cao tiêu kinh tế kỹ thuật vận hành ô tô chưa quan tâm đầu tư Để ô tô khách Việt Nam cạnh tranh với ô tô nhập khẩu, cần đầu tư chiều sâu, đặc biệt đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu phát triển sản phẩm có chất lượng cao, vấn đề quan trọng hàng đầu cần ưu tiên đầu tư nghiên cứu tối ưu hóa dạng khí động học vỏ xe nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu nâng cao tính an toàn chuyển động Từ thực tế trên, nghiên cứu sinh thực luận án Tiến sĩ với đề tài: “Nghiên cứu cải thiện dạng khí động học vỏ xe khách lắp ráp Việt Nam” Luận án công trình nghiên cứu sâu khí động học ô tô Việt Nam Các kết nghiên cứu Luận án góp phần bước tạo sở lý thuyết vững cho phát triển lâu dài ngành công nghiệp ô tô Việt Nam Mục đích, đối tượng, phạm vi nội dung nghiên cứu Mục đích luận án: Xây dựng mô hình khảo sát, đánh giá dạng khí động học vỏ xe ô tô khách đề xuất giải pháp cải thiện dạng khí động học nhằm giảm thiểu lực cản khí động tác dụng lên ô tô Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu Luận án lựa chọn ô tô khách cỡ lớn với mẫu xe tham khảo cụ thể ô tô khách 51 chỗ Trường Hải THACO KB120LSI Phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu lực cản khí động với tiêu chí đánh giá hệ số cản Cx yếu tố ảnh hưởng đến mô hình vỏ xe “trơn” (bỏ qua gương chiếu hậu, gạt mưa, khe gờ vỏ, kính, …) Nội dung nghiên cứu Luận án gồm nội dung sau: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Xây dựng mô hình mô khí động học vỏ xe khách Nghiên cứu khí động học vỏ ô tô khách phần mềm ANSYS FLUENT Nghiên cứu khí động học vỏ xe khách ống khí động Kết luận Trên sở bám sát mục đích, đối tượng, phạm vi nội dung nghiên cứu trên, NCS triển khai thực luận án với nội dung trình bày bốn chương phần kết luận Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong chương này, luận án thực nội dung: - Khảo sát, đánh giá chung lĩnh vực sản xuất ô tô khách, công nghệ sản xuất vỏ xe khách Việt Nam nay, từ xác định vị trí, vai trò tầm quan trọng vấn đề nghiên cứu luận án thực tế Việt Nam - Nghiên cứu chung khí động học khí động học ô tô tìm hiểu xu hướng nghiên cứu, công trình nghiên cứu khí động học ô tô giới, xác định khó khăn trình thực nghiên cứu, từ lựa chọn phương pháp, đối tượng, phạm vi nội dung nghiên cứu phù hợp cho luận án, đặc biệt điều kiện khó khăn Việt Nam Qua trình nghiên cứu, luận án nhận thấy xu hướng nghiên cứu gần tác giả giới tập trung vào việc giải vấn đề khí động học nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm sau: + Giảm lực cản khí động nhằm cải thiện tính động lực học ô tô giảm mức tiêu thụ nhiên liệu + Giảm tối đa lực mô men gây ổn định chuyển động nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động, đặc biệt loại ô tô có tốc độ cao hay trường hợp gặp gió ngang lớn (bão) + Tận dụng dòng chảy không khí để thông gió khoang xe, cải thiện khả làm mát động cấu phanh ô tô trình chuyển động + Giảm độ ồn khí động tương tác dòng chảy không khí với vỏ xe Trong nghiên cứu lý thuyết, vấn đề lớn nâng cao dần mức độ phức tạp toán nhằm giải phương trình Navier - Stokes cấp độ cao Nếu trước đây, nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải phương trình Ơ le với mô hình phẳng [5] ngày nay, vấn đề quan tâm giải phương trình Reynolds trung bình hóa cho dòng chảy rối (Reynolds Average Navier Stokes - RANS) Trong mô hình với phương trình bổ sung (phổ biến mô hình k - ) sử dụng rộng rãi Những công bố gần (từ 2008 - 2012) cho thấy phương trình Reynolds cho dòng rối tiếp tục công cụ nhà nghiên cứu khí động học ô tô [5, 24, 27, 31, 40, 62, …] Các phần mềm chuyên dụng sử dụng ngày nhiều nghiên cứu lý thuyết Chẳng hạn, gần nhất, R K Petkar (3/2014) đồng tác giả công bố kết nghiên cứu lý thuyết, sử dụng phương pháp tính toán mô ANSYS FLUENT để đưa giải pháp giảm lực cản không khí ô tô đua [56] Những công trình khác cho thấy nhiều nhà nghiên cứu sử dụng thành công phần mềm để mô tính toán khí động học vỏ xe ô tô, Manan Desai (2008) [46], Chalmers (2012) [31], … Các công trình nghiên cứu công bố gần cho thấy, việc giải phương trình Navier - Stokes mức cao chưa đặt khí động học ô tô [5] mức độ phức tạp cao toán đòi hỏi phải có công cụ hỗ trợ mạnh, thời gian thực mô hình thời gian tính toán lớn với chi phí cao nhiều Trong nghiên cứu thực nghiệm, vấn đề quan tâm hoàn thiện điều kiện thử nghiệm cho gần với thực tế nhằm nâng cao độ xác độ tin cậy kết đo Mặc dù ống khí động tương thích với kích thước thực ô tô cho đáng tin cậy cho kết xác hơn, người ta phải sử dụng ống khí động với mô hình thu nhỏ lý tài [46] Sau phân tích, đánh giá, luận án lựa chọn: + Phương pháp nghiên cứu: kết hợp lý thuyết thực nghiệm Nội dung phần nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình không gian vỏ xe ô tô khách đưa vào tính toán khảo sát phần mềm Fluent (ANSYS) Cơ sở lý thuyết mô hình tính toán phương trình Reynolds (RANS) với phương trình bổ sung (mô hình STT k - ) với phương pháp giải phương pháp thể tích hữu hạn Phần nghiên cứu thực nghiệm sử dụng ống khí động để thực số thí nghiệm mang tính kiểm chứng Do điều kiện nước ống khí động đủ lớn, Luận án sử dụng mẫu thu nhỏ vỏ xe để thí nghiệm Mục đích thí nghiệm xác định lực cản hệ số cản không khí tác động lên vỏ xe để đối chiếu với kết tính toán mô hình mô điều kiện + Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu Luận án lựa chọn ô tô khách cỡ lớn với mẫu xe tham khảo cụ thể ô tô khách 51 chỗ Trường Hải THACO KB120LSI + Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu lực cản khí động với tiêu chí đánh giá hệ số cản Cx yếu tố ảnh hưởng đến mô hình vỏ xe “trơn” (bỏ qua gương chiếu hậu, gạt mưa, khe gờ vỏ, kính, …) + Nội dung nghiên cứu: bao gồm nội dung trình bày, thể bốn chương phần kết luận Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH Mục đích nghiên cứu tìm hiểu phương pháp mô dòng chảy không khí bao quanh vỏ ô tô, từ lựa chọn xây dựng mô hình mô khí động học vỏ xe khách phù hợp với yêu cầu mục đích nghiên cứu luận án 2.1 Cơ sở lý thuyết khí động học Để mô tả đầy đủ dòng chảy môi chất bất kỳ, người ta thường sử dụng phương trình Navier-Stokes Với dòng khí bao quanh ô tô dòng chảy âm (M < 0.3), nghiên cứu chấp nhận giả thiết chất khí không chịu nén [44] Khi đó, toán khí động học gồm hai phương trình: phương trình liên tục phương trình bảo toàn động lượng: Phương trình liên tục: divu  (2.1) Phương trình bảo toàn động lượng: du  F  gradpu dt  đó: (2.2) u vận tốc;  khối lượng riêng không khí; p áp suất; F lực thể tích;  độ nhớt động học không khí Đây hệ phương trình khép kín (4 phương trình ẩn số) gồm phương trình đạo hàm riêng nên việc giải toán thường phức tạp Hơn nữa, dòng chảy bao quanh vỏ xe dòng rối, nên nhà nghiên cứu thường sử dụng phương trình Reynolds Navier - Stokes trung bình hóa (Reynolds Average Navier Stokes, viết tắt RANS) Bằng cách mô tả thông số a dòng chảy tổng hai thành phần: thành phần không biến động a (là giá trị trung bình a) thành phần biến động a’, thông số dòng chảy mô tả: ui  ui  u'i (2.17) p  p  p' (2.18) Khi đó, phương trình liên tục phương trình bảo toàn động lượng viết sau: iui  1 tui  u j  jui   i p   j  ij  u'i u' j   Trong phương trình trên, u'i u' j đặc trưng cho ứng   (2.19) suất nhớt dòng rối thường gọi ứng suất Reynolds, ký hiệu ten sơ ứng suất  ijt :  ijt  u'i u' j dòng rối (2.20) Trong mô hình dòng rối nhớt, ten sơ ứng suất nhớt mô tả sau:  ijt  t  j ui (2.21) Tùy theo cách mô tả t mà người ta đưa mô hình dòng rối khác Các mô hình thường phân biệt theo số phương trình cần thiết để mô tả t Trên sở yêu cầu toán khả tính toán máy tính có, NCS lựa chọn loại mô hình “hai phương trình” để mô tính toán khí động học vỏ xe khách 2.2 Mô khí động học vỏ xe ANSYS - FLUENT NCS sử dụng mô đun FLUENT phần mềm chuyên dụng ANSYS để mô phỏng, tính toán khảo sát dòng khí bao quanh vỏ xe nghiên cứu luận án Mô hình tính toán lựa chọn “SST k - ” Để giải toán, NCS xây dựng mô hình 3D, lựa chọn vùng không gian mô phỏng, chia lưới, đặt điều kiện biên ràng buộc tính toán cuối tiến hành chạy chương trình, xuất xử lý kết Kết tính toán xuất dạng số liệu gồm lực mô men theo phương hình ảnh phân bố áp suất, vận tốc đường dòng Từ giá trị lực cản tính được, người ta xác định hệ số cản Cx theo công thức: Cx  Fx V A (2.42) Trong đó: V vận tốc dòng chảy (m/s); A diện tích (m2);  mật độ không khí (kg/m3) Chương NGHIÊN CỨU KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH BẰNG PHẦN MỀM ANSYS-FLUENT 3.1 Phương pháp nghiên cứu Phần trình bày việc mô phỏng, tính toán khảo sát hình dạng khí động học vỏ xe ô tô chở khách phần mềm ANSYS - FLUENT nhằm đưa đề xuất cải thiện hợp lý Tiêu chí để đánh giá hệ số cản không khí Cx Các nội dung thực sau: - Lựa chọn mẫu xe khách lắp ráp nước THACO KB120LSI (hình 3.2) làm xe sở Tiến hành mô khí động học vỏ xe sở này, phân tích đánh giá chất lượng khí động học - Sử dụng mô hình sở dạng hộp chữ nhật (hình 3.1) để khảo sát ảnh hưởng thông số hình học tới tính chất khí động học nhằm đưa giải pháp cải thiện - Trên sở kết cấu vỏ xe tham khảo kết khảo sát trên, lựa chọn thông số hình học để tạo nên vỏ xe với hệ số cản khí động nhỏ mà đảm bảo yêu cầu cốt yếu vỏ xe khách (không gian sử dụng, bố trí nội thất trang thiết bị, tính thẩm mỹ, …) - Khảo sát đánh giá mô hình vỏ xe lựa chọn so sánh với vỏ xe sở Để thực mô tính toán ANSYS, NCS sử dụng phần mềm ANSYS (có quyền) hệ thống máy tính mạnh Trung tâm Phát triển Ứng dụng Phần mềm công nghiệp (DASI), Trường ĐHBK Hà Nội Đồng thời, NCS nhận ý kiến tư vấn chuyên môn chuyên gia phần mềm giàu kinh nghiệm DASI   R1 L1 L2 R1  1900  Chiều tiến xe R4 R1 R1 R2 R3 R3 R5 R L3 R3 R3 R5 R5 Hình 3.1 - Các thông số khảo sát biên dạng vỏ xe Hình 3.7 - Phân bố áp suất bề mặt vỏ xe Hình 3.8 - Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc xe Hình 3.10 - Phân bố vận tốc mặt phẳng đối xứng dọc vỏ xe Hình 3.12 - Đường dòng mặt phẳng trung tuyến dọc vỏ xe 3.3 Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu tới khí động học vỏ xe Để xác định quy luật ảnh hưởng thông số kết cấu tới lực cản khí động, luận án tiến hành khảo sát thông số mô hình vỏ xe dạng hộp chữ nhật Trên sở kết khảo sát, luận án đề xuất lựa chọn thông số để tạo thành vỏ xe có dạng khí động học tốt so với vỏ xe sở (Cx = 0,48) Các kết cho thấy, dạng vỏ xe khảo sát, thông số góc nghiêng kính chắn gió phía trước , bán kính góc lượn R4, R5 thông số ảnh hưởng nhiều tới hệ số cản Cx (hình 3.15, 3.40, 3.47), thông số lại ảnh hưởng không đáng kể tới hệ số Cx (ví dụ hình 11 3.20) So sánh hình ảnh thay đổi phân bố áp suất xung quanh vỏ xe giá trị áp suất chứng giúp giải thích thay đổi giá trị lực cản Fx, dẫn đến có thay đổi Cx (Ví dụ hình 3.16, 3.17, hình 3.45, 3.46 hình 3.51, 3.52 giải thích cho thay đổi Cx hình 3.15, 3.40 3.47 tương ứng) 1.2 0.8 Cx 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 25 30 35 40 45 Góc nghiêng kính phía sau xe (độ) 50 Hình 3.20 - Ảnh hưởng góc nghiêng kính phía sau xe đến hệ số cản Cx 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 Cx 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Góc nghiêng kính chắn gió phía trước (độ) Hình 3.15 - Ảnh hưởng góc nghiêng kính chắn gió phía trước đến hệ số cản Cx 12 0.9 0.8 0.7 Cx 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Bán kính góc lượn kính chắn gió phía trước xe (mm) Hình 3.40 - Ảnh hưởng bán kính góc lượn kính chắn gió xe tới hệ số cản Cx 0.9 0.8 0.7 Cx 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000110012001300 Bán kính góc lượn thành trước hai thành bên (mm) Hình 3.47 - Ảnh hưởng bán kính góc lượn thành trước hai thành bên tới hệ số cản Cx 13 Hình 3.16 - Phân bố áp suất góc nghiêng kính chắn gió 0o Hình 3.17 - Phân bố áp suất góc nghiêng kính chắn gió 40o Hình 3.45 - Phân bố áp suất góc lượn kính chắn gió xe Hình 3.46 - Phân bố áp suất góc lượn kính chắn gió xe 2000 mm Hình 3.51 - Phân bố áp suất góc lượn thành trước hai thành bên Hình 3.52 - Phân bố áp suất góc lượn thành trước hai thành bên 1250 mm Trên sở kết khảo sát số liệu thống kê, tham khảo thông số số dạng vỏ xe thực tế, luận án lựa chọn thông số dạng vỏ xe cải thiện Sau mô khí động vỏ xe cải thiện này, hệ số Cx thu 0,3671 Kết so sánh thông số vỏ xe sở vỏ xe cải thiện thể bảng 3.12 14 Bảng 3.12 - Các thông số mô hình xe khách tham khảo mô hình cải thiện luận án Thông số Vỏ xe tham khảo Vỏ xe cải thiện luận án Α 12o 12o Β 7o 10o  0o 5o (khoảng cách vát 1,9 m) R1 180 mm 250 mm R2 180 mm 150 mm R3 180 mm 150 mm R4 400 mm 600 mm R5 180 mm 250 mm Cx 0,4800 0,3671 Có thể nhận thấy vỏ xe cải thiện có hệ số Cx giảm nhiều so với vỏ xe sở (khoảng 23,52%) Để đánh giá tính ổn định độ tin cậy kết tính toán mô khí động học vỏ xe ô tô khách phần mềm ANSYS - Fluent, NCS tiến hành mô mô hình vỏ xe cải thiện vận tốc dòng khí khác (từ 10 m/s (tương đương với 36 km/h) đến 35 m/s (tương đương với 126 km/h) với bước nhảy vận tốc m/s Các kết tính toán thể dạng số bảng 3.11 đồ thị hình 3.59 Bảng 3.11-Lực cản Fx hệ số Cx mô hình vỏ xe cải thiện Vkk (m/s) Fx (N) Cx 10 15 20 25 30 35 -217,45 -486,71 -868,74 -1348,69 -1948,78 - 2648,88 0,3686 0,3667 0,3682 0,3658 0,3671 0,3666 Để xác định quy luật phụ thuộc lực cản không khí theo vận tốc thu từ kết tính toán mô phỏng, NCS tiến hành vẽ đồ thị theo quy luật lý thuyết biết: 15 Trong đó: Cx = 0,367 (giá trị trung bình tính từ kết mô phỏng); Diện tích cản diện: A = 9,635 m2 (lấy từ kết mô phỏng); Mật độ không khí:  = 1,225 kg/m3 Fx 3000 2500 2000 1500 Mô Công thức 1000 500 0 10 20 30 40 V (m/s) Hình 3.59 - Đồ thị Fx theo vận tốc chuyển động dòng khí Kết tính toán theo công thức lý thuyết thể dạng đồ thị (đường đỏ với điểm vuông mầu vàng) hình 3.59 với kết tính toán mô Fluent (các điểm hình thoi xanh thẫm) vẽ từ bảng 3.11 Sự so sánh cho thấy độ tin cậy kết tính toán mô phần mềm ANSYS - Fluent Chương NGHIÊN CỨU KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG 4.1 Mục đích phương pháp nghiên cứu 4.1.1 Mục đích Mục đích việc nghiên cứu khí động học vỏ xe khách ống khí động đo lực tác động lên mẫu vỏ xe khách ống khí động để từ tính hệ số cản Cx so sánh với kết tính toán mô hình mô 16 4.1.2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực với ống khí động OT1 Phòng thí nghiệm khí động học Viện kỹ thuật Phòng Không - Không Quân Ống khí động có kích thước buồng thử (mm): 3800 x 2000 x 1400, vận tốc thử tối đa: 40 m/s Kích thước mẫu thử lựa chọn theo thông số ống thử vào lý thuyết tương tự Luận án lựa chọn mẫu thử với tỷ lệ thu nhỏ 1:40 Luận án thực bước nghiên cứu sau:  Đo lực tác động lên mô hình mẫu vỏ xe tỷ lệ 1:40 ống khí động, sở xác định lực cản khí động Fx, từ xác định hệ số lực cản không khí Cx  Mô mô hình vỏ xe ô tô khách ống khí động Fluent với điều kiện hoàn toàn giống điều kiện thí nghiệm, tính toán xác định lực cản tác động lên mô hình vỏ xe Fx hệ số Cx  So sánh kết thí nghiệm với kết tính toán lý thuyết đánh giá độ tin cậy phương pháp luận độ xác mô hình tính toán 4.2 Thực thí nghiệm 4.2.1 Trang thiết bị bố trí trang thiết bị thí nghiệm Sơ đồ ống khí động mô tả hình 4.1 Ống khí động gồm đường ống dẫn khí, động dẫn động quạt gió khoang thử (còn gọi buồng thử) dành cho việc bố trí mẫu xe thí nghiệm với thiết bị đo lường Để tạo hiệu ứng mặt đường cho thí nghiệm, NCS tiến hành lắp sàn gỗ phẳng dày 10mm phía gầm mô hình Kích thước sàn lựa chọn cho không gây nhiễu động cho dòng chảy không khí phía trước xe, tương tự lựa chọn không gian mô trình bày chương (mục 2.3.3) 17 2 1 Hình 4.1 Sơ đồ ống khí động kết nối thiết bị thí nghiệm - Động cơ; - Ống khí động; - Các cảm biến đo vận tốc dòng khí; - Mẫu thí nghiệm; - Cân khí động; - Bộ chuyển đổi tín hiệu vận tốc dòng khí; Thiết bị hiển thị vận tốc dòng khí; - Bộ chuyển đổi tín hiệu thu từ cân khí động; - Bộ xử lý tín hiệu nhận từ cân khí động; 10 - Máy tính hiển thị xử lý kết quả; 11 - Lưới hướng dòng; 12 - Lưới ổn định dòng Việc gá đặt mẫu thử lên giá thể hình 4.11 Hình 4.11 Gá đặt mẫu thí nghiệm thiết bị đo khoang thử 18 4.2.2 Thực thí nghiệm Để loại trừ ảnh hưởng hệ thống gá đặt mẫu thử NCS tiến hành thí nghiệm cho hai trường hợp: - Thí nghiệm 1: tiến hành đo mẫu thử để đo lực tác dụng lên giá đỡ sàn - Thí nghiệm 2: tiến hành đo với mẫu thử lắp giá đỡ để xác định lực tác dụng lên toàn hệ thống - Lấy hiệu kết đo thí nghiệm trừ kết đo thí nghiệm ta xác định lực cản khí động mô hình thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành với chế độ vận tốc sau: 20m/s, 25m/s, 30m/s 35m/s Các kết thí nghiệm thể bảng 4.2 Bảng 4.2 Kết thí nghiệm Vận tốc (m/s) Lực cản Fx (N) Hệ số cản Cx 20 25 29 34 6.95 10.89 13.745 18.002 0.4025 0.4148 0.366 0.379 Để đánh giá kết thí nghiệm, NCS lấy giá trị trung bình hệ số Cx đo để tính toán lực cản Fx theo công thức: (4.4) Trong đó: Cx = 0,39 (giá trị trung bình đo được); Diện tích cản diện: A = 0,035 m2 (xác định theo mẫu thí nghiệm); Mật độ không khí:  = 1,225 kg/m ; Với vận tốc dòng khí biến thiên từ - 35 m/s, kết tính toán thu thể hình 4.14 đường parabol 19 25 Fx (N) 20 15 Theo (4.4) Thí nghiệm 10 0 10 15 20 25 30 35 40 V (m/s) Hình 4.14 Quy luật biến thiên lực cản theo vận tốc Trên đồ thị thể giá trị lực cản Fx đo từ kết thí nghiệm (theo bảng 4.2) Đồ thị cho thấy, kết thí nghiệm tuân theo quy luật biết: lực cản khí động tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc So sánh coi minh chứng độ tin cậy độ xác kết đo 4.3 Mô thí nghiệm ống khí động Luận án thực mô thí nghiệm ống khí động ANSYS - FLUENT theo quy trình phương pháp hoàn toàn giống trình bày chương Bảng 4.5 Kết thí nghiệm kết tính toán mô mô hình tỷ lệ 1:40 ống khí động Vận tốc (m/s) Lực cản Fx (N) Thực Tính toán nghiệm Hệ số cản Cx Thực Tính toán nghiệm 20 6,2024 6,95 0,367 0,4025 25 9,6503 10,89 0,366 0,4148 29 12,9533 13,745 0,3577 0,366 34 17,7933 18,002 0,3695 0,379 0,36505 0,390575 Giá trị trung bình 20 Sai lệch hệ số Cx (%) 6,53 Để so sánh kết thí nghiệm với kết mô thí nghiệm máy tính, điều kiện tính toán mô lựa chọn giống hoàn toàn với điều kiện thực nghiệm Trong bảng 4.5 thể kết tính toán mô mẫu vỏ xe ống khí động với kết thí nghiệm Các kết thể trực quan đồ thị hình 4.21 4.22 Fx (N) 20 18 16 14 12 10 Mô Thí nghiệm 15 20 25 30 35 V (m/s) Hình 4.21 So sánh lực cản theo kết tính toán mô thực nghiệm Cx 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 Mô Thí nghiệm 15 20 25 30 35 V (m/s) Hình 4.22 So sánh Cx theo kết tính toán mô thực nghiệm 21 Với kết nêu trên, việc sử dụng phần mềm ANSYS - Fluent với mô hình “SST k - ” để mô dòng khí chuyển động bao quanh vỏ xe khách hoàn toàn khả thi với kết thu đảm bảo độ xác tin cậy KẾT LUẬN Luận án sử dụng phần mềm chuyên dụng ANSYS - Fluent để nghiên cứu khí động học vỏ xe ô tô khách cỡ lớn sản xuất Việt Nam Bài toán xây dựng dựa phương trình Navier - Stokes đơn giản hóa dạng RANS với giả thiết chất khí không chịu nén kết hợp với mô hình dòng rối nhớt Trên sở mô hình tính toán lựa chọn “SST k - ”, NCS xây dựng mô hình mô vỏ xe ô tô khách Fluent để tính toán thông số dòng chảy không khí bao quanh vỏ xe Kết mô phỏng, tính toán khí động học mô hình vỏ xe sở THACO KB120LSI cho hệ số Cx = 0,48, nghĩa vỏ xe có hình dạng khí động học tốt Tuy nhiên, hình ảnh phân bố áp suất, vận tốc đường dòng bao quanh vỏ xe cho thấy nhiều khiếm khuyết vỏ xe cần cải thiện để giảm lực cản khí động NCS sử dụng mô hình đơn giản dạng hộp chữ nhật để nghiên cứu, tính toán, khảo sát xác định quy luật ảnh hưởng số thông số kết cấu (góc nghiêng mặt trước sau, bán kính góc lượn mặt tạo thành vỏ xe) tới lực cản khí động Kết khảo sát cho thấy, dạng vỏ xe khách cỡ lớn, bán kính góc lượn mặt trước xe (R4) bán kính góc lượn mặt trước hai mặt bên (R5) có ảnh hưởng lớn đến lực cản khí động Tuy nhiên, thông số có ảnh hưởng lớn đến không gian xe đặc biệt 22 tính thẩm mỹ, nên việc lựa chọn chúng cần cân nhắc cách kỹ lưỡng Trên sở kết khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu tới lực cản khí động qua phân tích kết cấu số loại vỏ xe sản xuất, NCS đề xuất lựa chọn thông số kết cấu nhằm cải thiện dạng khí động học để đạt hệ số cản Cx nhỏ thỏa mãn yêu cầu công sử dụng tính thẩm mỹ vỏ xe Kết tính toán mô cho thấy chất lượng khí động học vỏ xe cải thiện đáng kể Hệ số cản Cx vỏ xe 0,3671, đồng thời hình ảnh dòng khí bao quanh vỏ xe cho thấy, dòng chảy bám sát vào vỏ kích thước vùng xoáy giảm nhiều Để kiểm chứng độ tin cậy độ xác mô hình tính toán lý thuyết phần mềm ANSYS - Fluent, NCS thực nghiên cứu khí động học mô hình vỏ xe thu nhỏ tỷ lệ 1:40 ống khí động Các thí nghiệm tiến hành với vận tốc 20, 25, 29 34 m/s, kết thu giá trị trung bình hệ số cản Cx = 0,39 Đồng thời, NCS thực mô mô hình vỏ xe ống khí động Fluent với thông số điều kiện giống hệt thí nghiệm Kết tính toán mô giá trị vận tốc cho giá trị trung bình hệ số Cx 0,365 Như vậy, độ chênh lệch kết tính toán mô kết đo đạc thí nghiệm điều kiện 6,5% Mức sai số lớn chấp nhận xét đến giả thiết đưa xây dựng mô hình Hơn nữa, thiết bị thí nghiệm có sai số định Các kết nghiên cứu luận án hình thành phương pháp đánh giá khí động học vỏ xe khách, hoàn toàn khả thi điều kiện Việt Nam Nếu tiếp tục hoàn thiện, công cụ hiệu giúp cho nhà thiết kế cải thiện hướng tới tối ưu hóa dạng khí động học vỏ xe nhằm giảm thiểu lực cản không khí trình chuyển động Điều 23 có ý nghĩa quan trọng, giảm lực cản đồng nghĩa với việc giảm mức tiêu hao nhiên liệu giảm phát thải độc hại môi trường Các hướng nghiên cứu phát triển: Dựa kết nghiên cứu Luận án, NCS đề xuất số hướng nghiên cứu phát triển sau: - Hoàn thiện mô hình tính toán: bổ sung thêm gương chiếu hậu, mô tả gờ, khe cửa, hốc bánh xe, mô tả bánh xe quay, mô tả chuyển động tương đối vỏ xe mặt đường,…; - Nghiên cứu ảnh hưởng lực nâng, ảnh hưởng gió ngang tới tính ổn định chuyển động ô tô, đặc biệt ô tô có chiều cao lớn (xe khách giường nằm) 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Tung To Hoang, Hoan Nguyen Trong, Hai Ho Huu (2009) Using Fluent to simulate the air-flow around body of coach manufactured in Vietnam, The 15th Asia Pacific Automotive Engineering Conference - APAC15, APAC 2009 Proceeding Volume 1, 26 - 28 October 2009, pp APAC15-257 Tô Hoàng Tùng, Nguyễn Trọng Hoan (2015) Nghiên cứu mối quan hệ hệ số cản khí động với thông số bán kính góc lượn phía đầu xe ô tô khách cỡ lớn sản xuất Việt Nam phần mềm ANSYS-FLUENT, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số năm 2015, trang 102-106 Tô Hoàng Tùng, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải (2015) Nghiên cứu khí động học ô tô phương pháp thí nghiệm ống khí động, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số năm 2015, trang 121-125 - [...]... số dạng vỏ xe thực tế, luận án đã lựa chọn được một bộ thông số của dạng vỏ xe cải thiện Sau khi mô phỏng khí động của vỏ xe cải thiện này, hệ số Cx thu được là 0,3671 Kết quả so sánh thông số giữa vỏ xe cơ sở và vỏ xe cải thiện được thể hiện ở bảng 3.12 14 Bảng 3.12 - Các thông số của mô hình xe khách tham khảo và mô hình cải thiện của luận án Thông số Vỏ xe tham khảo Vỏ xe cải thiện của luận án Α... của các kết quả tính toán bằng mô phỏng trong phần mềm ANSYS - Fluent Chương 4 NGHIÊN CỨU KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG 4.1 Mục đích và phương pháp nghiên cứu 4.1.1 Mục đích Mục đích của việc nghiên cứu khí động học vỏ xe khách trong ống khí động là đo các lực tác động lên mẫu vỏ xe khách trong ống khí động để từ đó tính hệ số cản Cx và so sánh với kết quả tính toán bằng mô hình mô phỏng... những sai số nhất định 5 Các kết quả nghiên cứu của luận án đã hình thành một phương pháp đánh giá khí động học vỏ xe khách, hoàn toàn khả thi trong điều kiện Việt Nam Nếu được tiếp tục hoàn thiện, đây có thể là một công cụ hiệu quả giúp cho các nhà thiết kế cải thiện và hướng tới tối ưu hóa dạng khí động học vỏ xe nhằm giảm thiểu lực cản không khí trong quá trình chuyển động Điều này 23 có ý nghĩa rất... cản khí động và qua phân tích kết cấu của một số loại vỏ xe đang được sản xuất, NCS đã đề xuất lựa chọn một bộ thông số kết cấu mới nhằm cải thiện dạng khí động học để đạt được hệ số cản Cx nhỏ nhất trong khi vẫn thỏa mãn các yêu cầu về công năng sử dụng và tính thẩm mỹ của vỏ xe Kết quả tính toán mô phỏng cho thấy chất lượng khí động học của vỏ xe mới được cải thiện đáng kể Hệ số cản Cx của vỏ xe mới... tính toán khí động học mô hình vỏ xe cơ sở THACO KB120LSI đã cho hệ số Cx = 0,48, nghĩa là vỏ xe này có hình dạng khí động học khá tốt Tuy nhiên, các hình ảnh về phân bố áp suất, vận tốc và đường dòng bao quanh vỏ xe cho thấy còn khá nhiều khiếm khuyết trên vỏ xe cần được cải thiện để giảm lực cản khí động 2 NCS đã sử dụng mô hình đơn giản dạng hộp chữ nhật để nghiên cứu, tính toán, khảo sát và đã... Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số cản khí động với các thông số bán kính góc lượn phía đầu xe ô tô khách cỡ lớn sản xuất tại Việt Nam bằng phần mềm ANSYS-FLUENT, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 8 năm 2015, trang 102-106 3 Tô Hoàng Tùng, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải (2015) Nghiên cứu khí động học ô tô bằng phương pháp thí nghiệm trong ống khí động, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 8 năm 2015, trang 121-125 -... mặt phẳng đối xứng dọc của xe Hình 3.10 - Phân bố vận tốc tại mặt phẳng đối xứng dọc của vỏ xe Hình 3.12 - Đường dòng tại mặt phẳng trung tuyến dọc của vỏ xe 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu tới khí động học vỏ xe Để xác định các quy luật ảnh hưởng của các thông số kết cấu tới lực cản khí động, luận án tiến hành khảo sát lần lượt từng thông số trên mô hình vỏ xe dạng hộp chữ nhật Trên cơ... các bước nghiên cứu như sau:  Đo các lực tác động lên mô hình mẫu của vỏ xe tỷ lệ 1:40 trong ống khí động, trên cơ sở đó xác định lực cản khí động Fx, từ đó xác định hệ số lực cản không khí Cx  Mô phỏng mô hình vỏ xe ô tô khách trong ống khí động bằng Fluent với điều kiện hoàn toàn giống như điều kiện thí nghiệm, tính toán xác định các lực cản tác động lên mô hình vỏ xe Fx và hệ số Cx  So sánh kết... hướng nghiên cứu phát triển: Dựa trên các kết quả nghiên cứu của Luận án, NCS đề xuất một số hướng nghiên cứu phát triển như sau: - Hoàn thiện mô hình tính toán: bổ sung thêm các gương chiếu hậu, mô tả các gờ, khe cửa, hốc bánh xe, mô tả bánh xe đang quay, mô tả chuyển động tương đối giữa vỏ xe và mặt đường,…; - Nghiên cứu ảnh hưởng của lực nâng, ảnh hưởng của gió ngang tới tính ổn định chuyển động. .. mm 600 mm R5 180 mm 250 mm Cx 0,4800 0,3671 Có thể nhận thấy vỏ xe cải thiện có hệ số Cx giảm khá nhiều so với vỏ xe cơ sở (khoảng 23,52%) Để đánh giá tính ổn định và độ tin cậy của các kết quả tính toán mô phỏng khí động học vỏ xe ô tô khách bằng phần mềm ANSYS - Fluent, NCS tiến hành mô phỏng mô hình vỏ xe cải thiện ở các vận tốc dòng khí khác nhau (từ 10 m/s (tương đương với 36 km/h) đến 35 m/s ... với đề tài: Nghiên cứu cải thiện dạng khí động học vỏ xe khách lắp ráp Việt Nam Luận án công trình nghiên cứu sâu khí động học ô tô Việt Nam Các kết nghiên cứu Luận án góp phần bước tạo sở... cứu Luận án gồm nội dung sau: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Xây dựng mô hình mô khí động học vỏ xe khách Nghiên cứu khí động học vỏ ô tô khách phần mềm ANSYS FLUENT Nghiên cứu khí động học vỏ xe. .. khảo thông số số dạng vỏ xe thực tế, luận án lựa chọn thông số dạng vỏ xe cải thiện Sau mô khí động vỏ xe cải thiện này, hệ số Cx thu 0,3671 Kết so sánh thông số vỏ xe sở vỏ xe cải thiện thể bảng