NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN DẠNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM

Header Page of 89 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2016 Footer Page of 89 Header Page of 89 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 CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HOAN PGS.TS HỒ HỮU HẢI Hà Nội - 2016 Footer Page of 89 Header Page of 89 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan PGS.TS Hồ Hữu Hải Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thông tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan PGS.TS Hồ Hữu Hải Tô Hoàng Tùng Footer Page of 89 Header Page of 89 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới người hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan - thầy tận tình hướng dẫn, bảo, định hướng giúp đỡ suốt trình thực luận án với tận tâm, trách nhiệm, sáng suốt khoa học cao Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Hồ Hữu Hải suốt trình thực luận án, với vai trò người hướng dẫn, thầy tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi cho thực kế hoạch học tập nghiên cứu Tôi cám ơn trân trọng hợp tác, hỗ trợ Trung tâm Phát triển Ứng dụng Phần mềm công nghiệp (DASI), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (nay Viện nghiên cứu Quốc tế Khoa học Kỹ thuật tính toán), trực tiếp PGS.TS Nguyễn Việt Hùng cộng Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể cán bộ, nhân viên Phòng thí nghiệm khí động học Viện Kỹ thuật quân Phòng không - Không quân Xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy Bộ môn Ô tô xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội với góp ý thiết thực suốt trình thực luận án Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quan công tác: Phòng Chất lượng xe giới, Cục Đăng kiểm Việt Nam tạo điều kiện, ủng hộ, giúp đỡ mặt trình theo học Nghiên cứu sinh Xin gửi lời cảm ơn tới nhà khoa học, bạn đồng nghiệp giúp đỡ thiết thực cho luận án Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình tôi, người bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ khó khăn động lực để hoàn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Nghiên cứu sinh Tô Hoàng Tùng Footer Page of 89 Header Page of 89 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ iv MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam phát triển lĩnh vực sản xuất ô tô khách 1.1.1 Nhu cầu ô tô khách 1.1.2 Định hướng phát triển 1.1.3 Thực trạng nhu cầu nâng cao chất lượng 1.2 Khí động học ô tô 1.2.1 Khí động lực học thông số đặc trưng 1.2.2 Lực cản không khí 1.2.3 Cấu trúc vỏ xe hình thành vùng xoáy thấp áp 12 1.2.4 Lý thuyết tương tự khí động học ô tô 18 1.3 Tình hình nghiên cứu khí động học ô tô 19 1.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 19 1.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 21 1.3.3 Các hướng nghiên cứu gần 25 1.4 Công nghệ sản xuất vỏ ô tô khách Việt Nam tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu 28 1.5 Nội dung luận án 30 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 30 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 30 1.5.3 Đối tượng nghiên cứu 31 1.5.4 Phạm vi nghiên cứu 31 1.4.5 Nội dung nghiên cứu 31 Kết luận chương Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH Footer Page of 89 32 33 Header Page of 89 2.1 Cơ sở lý thuyết khí động học 33 2.1.1 Các phương trình 33 2.1.2 Mô dòng chảy không khí 33 2.1.2.1 Các công cụ toán học ký hiệu quy ước 33 2.1.2.2 Các phương trình mô 35 2.1.2.3 Các thông số đặc trưng 36 2.1.2.4 Mô dòng chảy rối 38 2.1.2.5 Phương pháp số để giải toán khí động học 44 2.2 Mô khí động học vỏ xe ANSYS - FLUENT 45 2.2.1 Giới thiệu chung ANSYS - FLUENT 45 2.2.2 Mô dòng chảy không khí bao quanh vỏ xe FLUENT 46 2.2.2.1 - Phương pháp mô FLUENT 46 2.2.2.2 - Các dạng mô hình mô dòng chảy rối FLUENT 47 2.3 Mô hình khí động học vỏ xe khách FLUENT 47 2.3.1 Hệ phương trình mô tả dòng chảy 47 2.3.2 Mô hình 3D vỏ xe khách 49 2.3.3 Xác định v ng không gian mô 50 2.3.4 Chia lưới 52 2.3.5 Các ràng buộc điều kiện tính toán 56 2.3.6 Phương pháp tính toán lực khí động 56 Kết luận chương Chương NGHIÊN CỨU KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ Ô TÔ KHÁCH BẰNG PHẦN MỀM ANSYS - FLUENT 58 59 3.1 Phương pháp nghiên cứu 59 3.2 Các thông số đầu vào số giả thiết toán mô 61 3.2.1 Lựa chọn thông số vỏ xe khách 61 3.2.2 Các giả thiết giới hạn nghiên cứu toán mô 61 3.3 Xây dựng mô hình hình học, xác định vùng không gian mô 62 3.4 Chia lưới đặt điều kiện ràng buộc toán mô 63 3.5 Đặt điều kiện tính toán 64 3.6 Mô tính toán khí động học vỏ xe sở 65 3.7 Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu tới khí động học vỏ xe 72 3.7.1 Góc nghiêng kính chắn gió phía trước xe Footer Page of 89 72 Header Page of 89 3.7.2 Góc nghiêng kính hậu 76 3.7.3 Góc vát hai thành bên phía đuôi xe 79 3.7.4 Lựa chọn sơ góc vát 82 3.7.5 Bán kính góc lượn xe hai thành bên xe 82 3.7.6 Bán kính góc lượn kính hậu xe 85 3.7.7 Bán kính góc lượn thành sau hai thành bên xe 86 3.7.8 Bán kính góc lượn kính chắn gió xe 89 3.7.9 Bán kính góc lượn mặt trước hai thành bên xe 93 3.7.10 Lựa chọn dạng mô hình hoàn chỉnh, tính toán khảo sát đánh giá 98 3.7.11 Đánh giá kết tính toán mô 103 3.7.12 So sánh vỏ xe tham khảo vỏ xe cải thiện 104 Kết luận chương Chương NGHIÊN CỨU KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG 4.1 Mục đích phương pháp nghiên cứu 109 110 110 4.1.1 Mục đích 110 4.1.2 Vấn đề nghiên cứu 110 4.1.3 Phương pháp nghiên cứu 113 4.2 Thí nghiệm ống khí động 114 4.2.1 Trang thiết bị thí nghiệm 114 4.2.2 Thí nghiệm ống khí động 122 4.3 Mô thí nghiệm ống khí động 127 4.3.1 Xây dựng mô hình hình học, chọn vùng không gian mô chia lưới 127 4.3.2 Đặt điều kiện, mô phân tích kết 128 Kết luận chương 134 KẾT LUẬN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN PHỤ LỤC Footer Page of 89 Header Page of 89 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Fx Lực khí động theo phương dọc N Fz Lực khí động theo phương ngang N Fy Lực khí động theo phương thẳng đứng N Cx Hệ số cản khí động theo phương dọc - Cz Hệ số cản khí động theo phương ngang - A Diện tích cản diện  Khối lượng riêng không khí m2 kg/m3 U∞ Vận tốc dòng khí vô Re Số Reynolds - M Số Mach -  Hệ số độ nhớt động lực a Vận tốc truyền âm không khí m/s N.s/m2 m/s Fms Lực cản ma sát N Fca Lực cản chênh áp N p Áp suất Pa Cp Hệ số áp suất không thứ nguyên - L Thông số hình học đặc trưng m  Độ nhớt động học không khí  ijt Ten-sơ ứng suất dòng rối k Động dòng rối  Hệ số tán xạ lượng dòng rối -  Hệ số tán xạ lượng dòng rối - Footer Page of 89 m2/s J/kg (m2/s2) i Header Page of 89 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký tự Nguồn gốc Chú giải Complete Knock Down Bộ linh kiện hoàn chỉnh (sử dụng để lắp ráp ô tô) RANS Reynolds Average Navier Stokes Phương trình Reynolds trung bình hóa CKD DNS Direct Numerical Simulation Mô trực tiếp RSM Reynolds Stress Model Mô hình ứng suất Reynolds FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn CFD Computational Fluid Dynamic Phần mềm tính toán động lực học chất lỏng LES Large Eddy Simulation Mô hình dòng rối lớn DES Detached Eddy Simulation Mô hình dòng rối phân tách SST Shear Stress Transport Mô hình vận tải ứng suất Footer Page of 89 ii Header Page 10 of 89 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Giá trị hệ số lực cản, lực mô mem theo phương Bảng 3.2 Giá trị Cx phụ thuộc vào góc nghiêng kính chắn gió phía trước Bảng 3.3 Giá trị Cx phụ thuộc vào góc nghiêng kính hậu Bảng 3.4 Giá trị Cx phụ thuộc vào góc vát thành bên phía đuôi xe Bảng 3.5 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn xe hai thành bên xe Bảng 3.6 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn kính phía sau xe Bảng 3.7 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn thành sau hai thành bên xe Bảng 3.8 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn kính chắn gió phía trước xe Bảng 3.9 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn thành trước (bao gồm kính chắn gió phía trước) hai thành bên xe Bảng 3.10 Sự phụ thuộc hệ số Cx vào bán kính góc lượn xe kính chắn gió phía trước Bảng 3.11 Lực cản Fx hệ số cản Cx mô hình vỏ xe cải thiện Bảng 3.12 Các thông số mô hình xe khách tham khảo mô hình cải thiện luận án Bảng 4.1 Một số phương án lựa chọn tỷ lệ thu nhỏ mẫu thử Bảng 4.2 Kết thí nghiệm Bảng 4.3 Kết tính toán lực cản khí động vận tốc 29 m/s Bảng 4.4 Kết tính toán lực cản khí động vận tốc 25 m/s Bảng 4.5 Kết thí nghiệm kết tính toán mô mô hình tỷ lệ 1:40 ống khí động Footer Page 10 of 89 iii Header Page 166 of 89 Hình PL2.4: Bộ khớp xoay hai chiều 1- Đế cố định mô hình; 2- Trục xoay thay đổi định vị theo góc a; 3- Trục xoay thay đổi định vị theo góc b; 4- Đầu cố định với cân khí động Footer Page 166 of 89 Header Page 167 of 89 PHỤ LỤC CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG Các kết đo Hình PL3.1 - Kết đo vận tốc 20 m/s Hình PL3.2 - Kết đo vận tốc 25 m/s Footer Page 167 of 89 Header Page 168 of 89 Hình PL3.3 - Kết đo vận tốc 29 m/s Hình PL3.3 - Kết đo vận tốc 34 m/s Footer Page 168 of 89 Header Page 169 of 89 Các kết mô thí nghiệm 2.1 Kết mô thí nghiệm vận tốc 20 m/s (có mô hình mô hình xe thu nhỏ) Hình PL3.4 - Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 169 of 89 Header Page 170 of 89 Hình PL3.5 - Phân bố vận tốc mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 170 of 89 Header Page 171 of 89 Hình PL3.6 - Đường dòng mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 171 of 89 Header Page 172 of 89 2.2 Kết mô thí nghiệm vận tốc 25 m/s (có mô hình mô hình xe thu nhỏ) Hình PL3.7 - Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 172 of 89 Header Page 173 of 89 Hình PL3.8 - Phân bố vận tốc mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 173 of 89 Header Page 174 of 89 Hình PL3.9 - Đường dòng mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 174 of 89 Header Page 175 of 89 2.3 Kết mô thí nghiệm vận tốc 29 m/s (có mô hình mô hình xe thu nhỏ) Hình PL3.10 - Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 175 of 89 Header Page 176 of 89 Hình PL3.11 - Phân bố vận tốc mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 176 of 89 Header Page 177 of 89 Hình PL3.12 - Đường dòng mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 177 of 89 Header Page 178 of 89 2.4 Kết mô thí nghiệm vận tốc 34 m/s (có mô hình mô hình xe thu nhỏ Hình PL 3.13 - Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 178 of 89 Header Page 179 of 89 Hình PL3.14 - Phân bố vận tốc mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 179 of 89 Header Page 180 of 89 Hình PL3.15 - Đường dòng mặt phẳng đối xứng dọc Footer Page 180 of 89 ... 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. .. lực cản biện pháp cải thiện hình dạng khí động học vỏ xe Như vậy, giảm Cx đồng nghĩa với việc cải thiện hình dạng khí động học ô tô Quá trình hoàn thiện dạng khí động học vỏ xe ô tô theo lịch... 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 CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ