Nghiên cứu thiết kế quạt đẩy tàu đệm khí

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Hà Nội, tháng năm 2016 Học viên Lê Thanh Lâm i LỜI CẢM ƠN Qua thời gian theo học hoàn thành tập luận văn này, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Phan Anh Tuấn, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tận tình chu hoàn thành luận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể thầy, cô giáo Bộ môn Kỹ thuật Thủy khí Tàu thủy, Viện khí động lực, Viện đào tạo Sau đại học, trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, giúp suốt thời gian học tập làm luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, ủng hộ hết lòng, động viên chia sẻ suốt thời gian học tập làm luận văn trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, tháng năm 2016 Học viên Lê Thanh Lâm ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC BẢNG viii MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Lịch sử nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả Phƣơng pháp nghiên cứu .2 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÀU ĐỆM KHÍ 1.1 Khái niệm tàu đệm khí 1.2 Yêu cầu kỹ thuật tàu đệm khí 1.2.1 Yêu cầu tốc độ tàu đệm khí 1.2.2 Yêu cầu kích thƣớc tàu đệm khí 1.2.3 Các yêu cầu đƣờng hình tàu đệm khí 1.2.4 Tính ổn định .8 1.2.5 Tính thẩm mỹ .8 1.2.6 Các yêu cầu tính lƣợng chiếm nƣớc 1.3 Lực thủy khí động tác dụng lên tàu đệm khí 1.3.1 Lực cản sóng 10 1.3.2 Lực cản khí động hình dáng .12 1.3.3 Lực cản khí động đệm khí 12 1.3.4 Lực cản váy tàu 13 1.4 Thiết bị đẩy nâng tàu đệm khí 14 1.4.1 Thiết bị đẩy tàu đệm khí 14 1.4.1.1 Hệ thống chân vịt đẩy 14 1.4.1.2 Hệ thống ống 15 iii 1.4.1.3 Hệ thống quạt đẩy 15 1.4.2 Thiết bị nâng tàu đệm khí .16 1.5 Trục tọa độ tính toán cho tàu đệm khí 17 CHƢƠNG II THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 18 2.1 Các phƣơng trình động lực học .18 2.1.1 Phƣơng trình liên tục 18 2.1.2 Phƣơng trình Navier-Stockes 19 2.1.3 Phƣơng trình Becnuli .20 2.1.3.1 Phƣơng trình Becnuli viết cho dòng nguyên tố chất lỏng thực 20 2.1.3.2 Phƣơng trình Becnuli viết cho toàn dòng chất lỏng thực 21 2.1.4 Các phƣơng trình chất khí 23 2.1.4.1 Phƣơng trình trạng thái 23 2.1.4.2 Phƣơng trình lƣu lƣợng 24 2.1.4.2 Phƣơng trình Becnuli cho dòng nguyên tố chất khí lý tƣởng .24 2.1.4.3 Phƣơng trình lƣợng 24 2.2 Phần mềm mô số ANSYS Fluent .26 2.2.1 Các ứng dụng khả giải ANSYS Fluent .27 2.2.2 Quy trình giải mô số với phần mềm ANSYS Fluent 28 2.2.3 Các bƣớc giải toán mô số CFD .32 2.2.4 Các phƣơng pháp chia lƣới 34 2.3 Mô hình chảy rối 40 2.3.1 Mô hình chảy rối phƣơng trình (one equation turbulence models) 40 2.3.1.1 Mô hình phƣơng trình Prandtl 40 2.3.1.2 Mô hình Baldwin-Barth 41 2.3.1.3 Mô hình Spalart-Allmaras .41 2.3.2 Mô hình hai phƣơng trình (two equations model) 42 2.3.3 Mô hình k-epsilon 43 2.3.3.1 Mô hình tiêu chuẩn K-epsilon .43 2.3.3.2 Mô hình RNG k-epsilon 44 iv 2.3.3.3 Mô hình Realisable k-epsilon .45 CHƢƠNG III QUẠT ĐẨY VÀ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG SỐ 47 3.1 Tính lực cản tàu đệm khí mô số .47 3.1.1 Khởi động thiết lập vật thể 47 3.1.2 Cấu trúc lƣới .49 3.1.3 Lựa chọn phƣơng pháp – mẫu dòng rối 49 3.1.4 Miền tính toán điều kiện biên 51 3.1.4.1 Miền tính toán .51 3.1.4.2 Điều kiện biên .51 3.1.5 Độ xác vòng lặp 53 3.1.6 Kết mô tính lực cản tàu đệm khí 54 3.1.6.1 Lực cản gió 54 3.1.6.2 Lực cản nƣớc 56 3.2 Thiết kế cánh quạt đẩy tàu đệm khí .61 3.2.1 Các mẫu Profil cánh phổ biến 61 3.2.2 Khí động lực học quạt đẩy 64 3.2.3 Thiết kế quạt đẩy tàu đệm khí 68 3.2.4 Mô số quạt đẩy tàu đệm khí 70 3.2.4.1 Chia lƣới cho quạt đẩy 70 3.2.4.2 Lựa chọn phƣơng pháp – mẫu dòng rối 71 3.2.4.3 Miền tính toán .71 3.2.4.4 Điều kiện biên .72 3.2.4.5 Kết mô số quạt đẩy tàu đệm khí 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 Kết Luận 78 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Bố trí lực nâng lực đẩy độc lập 10 Hình Bố trí lực nâng lực đẩy chung quạt 10 Hình Đồ thị hệ số cản sóng Cw theo hệ số Froude 11 Hình Hệ số lực cản váy tàu theo số Froude 14 Hình Hệ thống chân vịt đẩy phà đệm khí chở khách 14 Hình Hệ thống ống nƣớc 15 Hình Hệ thống quạt đẩy dùng cho tàu đệm khí 16 Hình Trục tọa độ tính toán tàu đệm khí 17 Hình Đoạn chất lỏng để xét phƣơng trình liên tục dòng nguyên tố 18 Hình 2 Sơ đồ thiết lập phƣơng trình Becnuli cho dòng nguyên tố 21 Hình Đồ thị dịch chuyển khối khí 25 Hình Buồng cháy động đƣợc mô hình hóa ANSYS Fluent 26 Hình Chia lƣới ANSYS 34 Hình 2.6 Lƣới lục diện 36 Hình 2.7 Chia lƣới tự động CFD cho mô hình phức tạp 38 Hình Mô hình 3D tàu đệm khí 48 Hình Thiết lập kích thƣớc vật thể lớp biên tính toán tàu đệm khí 48 Hình 3 Cấu trúc lƣới 49 Hình Các bƣớc thiết lập mô hình rối toán mô 50 Hình Miền tính toán mô tàu đệm khí 51 Hình Quá trình thiết lập điều kiện biên dòng khí Fluent 52 Hình 3.7 Quá trình thiết lập điều kiện biên vận tốc dòng khí 52 Hình 3.8 Đặt thông số tính toán ban đầu 53 Hình 3.9 Đặt số vòng lặp tính toán 53 Hình 10 Phân bố vận tốc dòng khí xung quanh tàu đệm khí 54 vi Hình 11 Phân bố vận tốc dòng khí thƣợng tầng tàu đệm khí 55 Hình 12 Đồ thị lực cản gió tác động lên tàu đệm khí 56 Hình 13 Phân bố vận tốc xung quanh thân tàu đệm khí 56 Hình 14 Phân bố áp suất xung quanh thân tàu đệm khí 57 Hình 15 Phân bố áp suất tĩnh xung quanh thân tàu đệm khí 57 Hình 16 Phân bố áp suất động xung quanh thân tàu đệm khí 57 Hình 17 Hình ảnh dòng nƣớc xung quanh thân tàu theo hình chiếu đứng 58 Hình 18 Hình ảnh dòng nƣớc xung quanh thân tàu mặt nƣớc 58 Hình 19 Đồ thị lực cản nƣớc tác động lên tàu đệm khí 59 Hình 20 Lực cản thành phần lực cản nƣớc 60 Hình 21 Lực cản tổng hợp công suất đẩy tàu 60 Hình 22 Lịch sử phát triển profil cánh 62 Hình 23 Các mẫu Profil cánh dạng NACA 63 Hình 24 Cấu tạo hình học quạt đẩy 64 Hình 25 Lực tác động lên phần tử cánh quạt đẩy 65 Hình 26 Đƣờng cong hệ số lực nâng quạt 66 Hình 27 Quạt đẩy tàu đệm khí 69 Hình 28 Profile cánh quạt đẩy 69 Hình 29 Lƣới quạt đẩy 71 Hình 30 Miền tính toán mô số quạt đẩy 72 Hình 31 Phân bố vận tốc xung quanh quạt đẩy 73 Hình 32 Phân bố áp suất xung quanh quạt đẩy 74 Hình 33 Phân bố áp suất mặt sau quạt đẩy 75 Hình 34 Phân bố áp suất mặt trƣớc quạt đẩy 76 Hình 35 Lực đẩy quạt tạo 76 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Giá trị Ca số tàu đệm khí đóng Anh, Mỹ, Nhật, Châu Âu 12 Bảng Thông số kỹ thuật tàu đệm khí 48 Bảng Lực cản gió lên tàu đệm khí 55 Bảng 3 Lực cản nƣớc tác dụng lên tàu đệm khí 58 viii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tàu đệm khí chạy đƣợc nhiều địa hình nhƣ mặt nƣớc, mặt đất, mặt bùn, bề mặt nhấp nhô… đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ biến giới Với khả hoạt động đa địa hình di chuyển nhanh, tàu đệm khí đƣợc sử dụng với nhiều mục đích nhƣ khảo sát, cứu hộ vùng mà phƣơng tiện giao thông thông thƣờng khó tiếp cận, thực thi nhiệu vụ lĩnh vực quân an ninh quốc phòng, du lịch biển Đối với tàu đệm khí, yếu tố kỹ thuật nhƣ tàu thủy thông thƣờng thiết bị đẩy đòi hỏi phải có thiết kế đặc biệt Với nghiên cứu này, tác giả thiết kế quạt đẩy cho mẫu tàu đệm khí bố trí hệ thống động lực độc lập, quạt đẩy quạt nâng thổi nâng tàu lên qua hệ thống váy đáy tàu Tác giả lựa chọn lĩnh vực nghiên cứu muốn sâu tìm hiểu áp dụng phƣơng pháp mô số CFD để tính toán lực cản tàu đệm khí từ xác định lực đẩy cần thiết để thiết kế quạt đẩy phù hợp nhờ kết hợp lý thuyết mô số Lịch sử nghiên cứu Lĩnh vực tính toán lực cản, lực đẩy chân vịt tàu thủy nói chung, nhƣ lực cản lực nâng tàu đệm khí nói riêng có nhiều tác giả nƣớc quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên việc ứng dụng mô số việc tính toán xác định lực cản tàu lực đẩy quạt đẩy tàu đệm khí có giới Việt Nam chƣa có nhiều nghiên cứu lĩnh vực Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài xác định lực cản tàu đệm khí từ tính toán lực đẩy cần thiết cho tàu đệm khí sở thiết kế mẫu quạt đẩy phù hợp để đảm bảo tốc độ thiết kế tàu Đối tƣợng nghiên cứu đề tài nghiên cứu lực cản, lực đẩy tàu đệm khí, thiết kế quạt đẩy cho tàu đệm khí mô số kiểm tra thông số kỹ thuật Do giới hạn thời gian tốc độ máy tính cá nhân, thời gian chạy kết chạy mô phỏng, đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu mẫu quạt đẩy Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả Tác giả tiến hành nghiên cứu tổng quan lực cản lực đẩy tàu đệm khí, thiết lập mô hình 3D tàu đệm khí, sau sử dụng bƣớc giải toán CFD để tính toán lực cản tàu đệm khí Sau có kết tính toán lực cản, tác giả xác định lực đẩy cần thiết cho tàu dựa vào để thiết kế mẫu quạt đẩy Cuối tác giả giải toán CFD cho quạt đẩy để đánh giá khả làm việc quạt đẩy lắp lên tàu đệm khí Khi thiết lập xong mô hình 3D tàu đệm khí, tác giả sử dụng phần mềm để chia lƣới đƣa vào phần mềm ANSYS FLUENT để thiết lập thông số, điều kiện biên… từ chạy mô số để xác định đƣợc lực cản tàu đệm khí vận tốc khác Đề tài tính toán mô số cho tàu đệm khí với chiều dài mét Kết mô số tính toán lực cản giúp đƣa gợi ý cho việc tối ƣu hóa thiết kế quạt đẩy lựa chọn máy phù hợp với vận tốc khai thác tàu đệm khí để tiết kiệm nhiên liệu Kết mô số lực cản đƣa phân bố vận tốc, phân bố áp suất vỏ tàu vận tốc khai thác khác Đây sở để tác giả thiết kế quạt đẩy với lực đẩy cần thiết phù hợp cho tàu đệm khí Tác giả thiết kế mẫu quạt đẩy cho tàu đệm khí kiểm tra khả tạo lực đẩy, hiệu suất làm việc thông qua mô số CFD Phƣơng pháp nghiên cứu Các phƣơng pháp tính toán lực cản tàu đệm khí Việt Nam chủ yếu theo phƣơng pháp lý thuyết truyền thống phƣơng pháp thƣờng phải chấp Bây ta xét phần tử cánh độ dài dr giống nhƣ phần tử cánh máy bay, ta lấy dây cung b chiều rộng duỗi phẳng phần tử bán kính xét Tổng tốc độ vR đƣợc xác định công thức: v A  ω x1 2  Ωr  ωθ1 2 vR  (3.4) vR tạo với hƣớng không lực nâng góc tới khí động lực:  =+ - I (3.5) I phần tử xuất lực nâng dY lực cản hình dáng dX Chiếu lực lên phƣơng trục quạt đẩy ta nhận đƣợc lực đẩy phần tử cánh tạo nên: dT = dT - dT = dY cos - dX sin = dY cos (1 - tg ) Y X I I I I Chiếu dY dX lên phƣơng tiếp tuyến nhân với bán kính ta nhận đƣợc mômen lực tiếp tuyến trục quay quạt mà động phải thắng lại: dQ = r(dR + dR ) = r(dYsin + dXcos ) = rdYsin (1 + cotg ) Y X I I I I Từ công thức ta thấy lực đẩy phần tử cánh đƣợc tạo nên lực nâng lực cản hình dáng Lực cản hình dáng làm giảm lực đẩy làm tăng mômen cản quay của quạt Biểu diễn lực đẩy mômen phần tử cánh hệ số lực ta có: dT = 0,5 CY b vR2 cosI (1 - tgI) dr dQ = 0,5r CY b vR2 sinbI (1 + ecotgI) dr Lực đẩy quạt đƣợc tính theo công thức: R T  Z  0,5ρ, bv R cosβ I 1  εtgβ I dr Y (3.6) rH Mô men quạt đẩy đƣợc tính theo công thức: R Q  Z  0,5ρ, bv R sinβ I 1  εcotgβ I dr Y rH 67 (3.7) Trong kỹ thuật ta thƣờng quan tâm đến đại lƣợng không thứ nguyên Biểu thức không thứ nguyên hệ số lực đẩy hệ số mô men đƣợc thể công thức sau: T Z  b  v  K T    C Y   R  cosβ I 1  εtgβ I dr 4r ρn D  D  nD  H (3.8) Q Z  b  v  K Q    C Y   R  sinβ I 1  εcotgβ I rdr 8r ρn D  D  nD  H (3.9) Công suất PD cần để quay chong chóng tính theo công thức sau: PD = Q = 2KQn3D5 (3.10) Công suất có ích P=T.v (3.11) Trong đó: T lực đẩy quạt tạo v vận tốc tàu Hiệu suất làm việc quạt đẩy tỷ số công suất có ích T.v với công suất phải bỏ PD để quay η0  (3.12) Tv PD 3.2.3 Thiết kế quạt đẩy tàu đệm khí Trên sở phân tích khí động học cánh quạt, tác giả lựa chọn kiểu profil cánh kết hợp mẫu NACA 6412 nhƣng uốn cong gần chân cánh để nâng cao hiệu suất đẩy Cụ thể, quạt đẩy đƣợc thiết kế nhƣ Hình 3.27, hình a hình vẽ chiếu cạnh, b hình chiếu c hình ảnh 3D quạt đẩy Quạt đẩy có đƣợc thiết kế cho tàu đệm khí đƣợc mô mục 3.1 Tác giả thiết kế quạt 68 đẩy cho tàu đệm khí khai thác tốc độ 90km/h tốc độ vòng quay quạt khoảng 3500 vòng/phút a: Hình chiếu cạnh b: Hình chiếu c: Hình vẽ 3D Hình 27 Quạt đẩy tàu đệm khí Dựa kết mô số lực cản tàu đệm khí, tác giả lựa chọn profile cánh quạt nhƣ Hình 3.28 ƣớc lƣợng sơ theo kinh nghiệm có đƣờng kính quạt nằm khoảng từ 1200-1500 mm [5], [6] 120o 125o 180 159° 28 167° R6 R30 30 60 Hình 28 Profile cánh quạt đẩy 69 Sau có profile cánh quạt, tác giả cho dựng mô hình 3D chạy mô số Cuối tác giả tìm đƣợc đƣờng kính quạt đẩy phù hợp 1250mm, chiều dài cánh 500 mm, mặt cắt ngang cách có kích thƣớc nhƣ Hình 3.28 3.2.4 Mô số quạt đẩy tàu đệm khí Quá trình mô số tính lực đẩy tạo từ quạt đẩy đƣợc tiến hành nhƣ sau: Đầu tiên hoàn chỉnh hình vẽ 3D quạt, sau chia lƣới, chọn miền tính toán, chọn điều kiện biên, kiểm tra điều kiện hội tụ chạy chƣơng trình tính toán tìm lực đẩy quạt trƣờng hợp tốc độ vòng quay khác 3.2.4.1 Chia lƣới cho quạt đẩy Mô hình lƣới sử dụng toán đƣợc tạo ICEM CFD thông qua thuật toán lƣới có phần mềm Việc chia lƣới phải đƣợc thực nhanh, việc chia thô, sau tự động chỉnh sửa cho dạng sát bề mặt cánh Lƣới mịn tốt, song thời gian mô lớn, độ xác cao thỏa mãn tính hội tụ lƣới Toàn miền chia chọn lƣới Tetra có ƣu điểm tăng tính linh động, phù hợp với mô hình tàu có dạng hình học phức tạp, nhƣng hạn chế làm tăng số phần tử tính toán Lƣới không gian tính toán toán mô quạt đẩy tàu đệm khí đƣợc thể Hình 3.29 Tổng số lƣới chia 1,8 triệu lƣới tứ diện 70 Hình 29 Lƣới quạt đẩy 3.2.4.2 Lựa chọn phƣơng pháp – mẫu dòng rối Để tính toán dòng khí bao quanh trình chuyển động ta sử dụng phƣơng trình liên tục, phƣơng trình Navier – Stokes, với mô hình rối k-ε Mô hình rối tƣơng tự nhƣ phần mô số tính lực cản tàu đệm khí phía trƣớc luận văn 3.2.4.3 Miền tính toán Miền giới hạn tính toán chạy mô đƣợc giới hạn không gian ống thổi tunnel giả định hình ống đƣờng kính 6.5 mét (gấp lần đƣờng kính quạt đẩy), chiều dài 10 mét (gấp 50 lần cao chiều dài quạt) Vị trị quạt đẩy đặt trục ống tunnel, cách đầu ống nơi dòng khí vào mét (tƣơng đƣơng với 30 lần chiều dài tàu) cách cuối ống nơi dòng khí mét (tƣơng đƣơng với 20 lần chiều dài tàu đệm khí Hình 3.30 dƣới miêu tả miền giới hạn tính toán toán mô số với tàu đệm khí 71 Hình 30 Miền tính toán mô số quạt đẩy 3.2.4.4 Điều kiện biên Điều kiện biên cho toán mô số mà tác giả sử dụng là: vận tốc quay quạt nằm dải từ 50 rad/s tới 500 rad/s (tƣơng đƣơng với tốc độ trục quạt quay từ 450 vòng/phút đến 4500 vòng/phút; nhiệt độ đƣợc lấy 27oC tƣơng đƣơng với 300oK; áp suất đầu ống tunnel đƣợc đặt áp suất khí quyển; quạt đẩy quay; ống tunnel tƣởng tƣợng đứng yên đƣợc đặt tƣờng; khối lƣợng riêng không khí lấy  = 1,225 kg/m3, hệ số nhớt không khí 1,7894 x 10-5 kg/(ms) 3.2.4.5 Kết mô số quạt đẩy tàu đệm khí Kết mô số quạt đẩy đƣợc thể nhƣ Hình 3.31-3.35 Hình 3.31 phân bố vận tốc xung quanh quạt đẩy, Hình 3.32 phân bố áp suất xung quanh quạt đẩy, Hình 3.33 phân bố áp suất mặt trƣớc cánh quạt đẩy Hình 3.34 phân bố áp suất mặt sau cánh quạt đẩy 72 =100 rad/s =200 rad/s =300 rad/s =400 rad/s Hình 31 Phân bố vận tốc xung quanh quạt đẩy Quan sát Hình 3.31 ta thấy có hai vùng tạo xoáy lớn dòng khí phía sau quạt đẩy Hai vùng nằm tƣơng đối đối xứng qua trục quay quạt phía sau đỉnh cánh Đây hình ảnh tích suất 2D, thực tế vùng hình vành khăn xung quanh phía sau đỉnh cánh 73 =100 rad/s =200 rad/s =300 rad/s =400 rad/s Hình 32 Phân bố áp suất xung quanh quạt đẩy 74 =100 rad/s =200 rad/s =300 rad/s =400 rad/s Hình 33 Phân bố áp suất mặt sau quạt đẩy Kết mô phân bố áp suất từ Hình 3.31 – Hình 3.33 cho ta thấy, tƣơng tự nhƣ phân bố vận tốc, phía sau quạt đẩy có hai vùng áp suất lớn, hai vùng xung quanh khu vực có tạo xoáy hình ảnh phân bố vận tốc Áp suất xuất cánh lớn khu vực đƣờng uốn cánh Hai bên mép cánh áp suất mép dẫn cao, mép thoát thấp Phân bố áp suất phía trƣớc cánh nhìn chung áp suất thấp khoảng chênh lệch vận tốc dòng khí vào tƣơng đối đồng ổn định 75 =100 rad/s =200 rad/s =300 rad/s =400 rad/s Hình 34 Phân bố áp suất mặt trƣớc quạt đẩy Hình 35 Lực đẩy quạt tạo 76 Từ kết mô phỏng, ta dựng đƣợc đồ thị lực đẩy quạt đẩy tàu đệm khí tạo nên nhƣ Hình 3.35 Trong hình vẽ này, trục hoành vận tốc quay quạt trục tung lực đẩy quạt tạo Nhƣ sau thực mô tính toán lực cản tàu đệm khí lực đẩy quạt đẩy tạo nên, ta nhận thấy để tàu khai thác với vận tốc 90km/h ta cần chế độ làm việc quạt vòng quay khoảng 3200 vòng/phút 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Luận Phƣơng pháp mô số phần mềm ANSYS Fluent tính toán lực cản tàu đệm khí lực đẩy quạt phƣơng pháp nghiên cứu đại phổ biến giới, nhiên lại phƣơng pháp mẻ Việt Nam Phƣơng pháp giúp ta tiết kiệm đƣợc thời gian kinh phí so với phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết truyền thống kết hợp với thực nghiệm Trong phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng mô số ta thu đƣợc hình ảnh phân bố vận tốc, áp suất, cƣờng độ xoáy dòng nƣớc bao quanh tàu đệm khí nhƣ dòng khí bao quanh quạt đẩy cho ta nhìn trực quan sinh động tƣợng vật lý dòng chảy bao quanh thân tàu đệm khí quạt đẩy Từ giúp ta đánh giá đƣợc cách tổng thể đặc tính thủy động hình dáng thân tàu đệm khí, đặc tính khí động quạt đẩy, đặc biệt khu vực tạo dòng xoáy, để từ có thiết kế phù hợp cho mẫu tàu đệm khí riêng biệt Trong luận văn này, tác giả tiến hành thiết kế quạt đẩy cho tàu đệm khí thông qua phƣơng pháp kết hợp lý thuyết mô số với việc giải hai toán mô phỏng: Mô số tính toán lực cản tàu đệm khí Mô số tính toán lực đẩy quạt đẩy thiết kế cho tàu đệm khí Từ kết thu đƣợc tính toán lực đẩy cần thiết cho tàu đệm khí, tác giả phân tích lựa chọn mẫu cánh phù hợp để làm quạt đẩy tàu Trong thiết kế này, tác giả sử dụng profil cánh uốn cong từ profil NACA 6412, mẫu cánh sử dụng hàng không Trong trình mô số, tác giả sử dụng mô hình rối k- Mô hình rối k-ε đƣợc tác giả giới sử dụng phổ biến làm mô hình rối toán mô số nói chung Kết mô số quạt đẩy tàu đệm khí cho ta thấy phân bố vận tốc phân bố áp suất phía sau quạt đẩy có hai vùng vận tốc áp suất lớn, hai vùng xung quanh khu vực có tạo xoáy hình ảnh phân bố vận tốc áp suất 78 Áp suất xuất cánh lớn khu vực đƣờng uốn cánh Hai bên mép cánh áp suất mép dẫn cao, mép thoát thấp Phân bố áp suất phía trƣớc cánh nhìn chung thấp khoảng chênh lệch so với mặt sau vận tốc dòng khí vào tƣơng đối đồng ổn định Lợi phƣơng pháp mô số so với phƣơng pháp tính toán lý thuyết truyền thống với vỏ tàu đệm khí đƣợc tạo thành từ nhiều bề mặt phức tạp khác việc giải toán lớp biên dòng khí bao quanh thân tàu lý thuyết gặp nhiều khó khăn, với phƣơng pháp mô số, phần mềm CFD giải phần việc tính toán giúp ta Một lợi phƣơng pháp mô số tính đƣợc lực cản nƣớc, lực cản không khí toàn phần mà ta tính đƣợc thành phần lực cản đó: thành phần cản áp suất thành phần cản ma sát nhớt Khi thiết kế quạt đẩy cho tàu đệm khí, kỹ sƣ thiết kế cần đặc biệt ý đến hình dáng biên dạng cánh quạt đẩy, đặc biệt đầu đỉnh cánh, hai bên mép cánh vùng có áp suất cao dễ tạo xoáy làm giảm hiệu suất đẩy quạt Trong luận văn này, tác giả thiết kế quạt đẩy cho tàu đệm khí có kích thƣớc dài m, rộng m, cao 2,6 m Quạt đẩy đƣợc thiết kế theo mẫu cánh NACA 6412 có thay đổi độ cong profil, có đƣờng kính quạt 1250 mm, chiều dài cánh 500 mm, nhƣ trình bày Chƣơng III Để tàu đệm khí chạy đƣợc tốc độ 90km/h quạt đẩy thiết kế phải vận hành tốc độ vòng quay 3200 vòng/phút Kiến nghị Do giới hạn thời gian làm luận văn cao học, giới hạn tốc độ xử lý máy tính cá nhân, tác giả tập trung nghiên cứu đƣợc mẫu quạt đẩy cho tàu đệm khí cụ thể với biên dạng cánh NACA 6412 biến cách Trên thực tế có nhiều biên dạng cánh khác áp dụng cho quạt đẩy tàu đệm khí đƣợc mà tác giả chƣa có điều kiện để thực kiểm tra, mô số để so sánh đánh giá với thiết kế mà tác giả lựa chọn 79 Trên sở có hạn chế trên, tác giả kiến nghị tiếp tục nghiên cứu mô số mẫu biên dạng cánh khác sử dụng cho quạt đẩy tàu đệm khí để có sở so sánh đánh giá tình hiệu khai thác tàu có điều kiện thời gian máy tính cấu hình cao 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liang, Y., Alan B., 2000, Theory and Design of Air Cushion Craft, ISBN 340 67650 7, John Wiley & Sons Inc., New York, Toronto [2] Lewis, E V., 1989, Principle of Naval Architecture, Society of Naval Architects & Marine Engineer, USA [3] Nakayama Y., 2000, “Introduction to Fluid Mechanics”, ButterworthHeinemann, MA 01801-2041 [4] https://vi.wikipedia.org/wiki/The_loai/Profile_khí_động_lực_học (https:// vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%83_lo%E1%BA%A1i:Profile_kh%C3%A D_%C4%91%E1%BB%99ng_l%E1%BB%B1c_h%E1%BB%8Dc) [5] Bleier Frank, 1998, Fan Handbook: selection, application, and design, McGraw Hill [6] ECK B., 1973, Fans: Designs and operation of centrifugal, axial-flow and crossflow fans, Pergamon Press, Oxford, England 81 ... tàu đệm khí từ tính toán lực đẩy cần thiết cho tàu đệm khí sở thiết kế mẫu quạt đẩy phù hợp để đảm bảo tốc độ thiết kế tàu Đối tƣợng nghiên cứu đề tài nghiên cứu lực cản, lực đẩy tàu đệm khí, thiết. .. lực đẩy cần thiết cho tàu dựa vào để thiết kế mẫu quạt đẩy Cuối tác giả giải toán CFD cho quạt đẩy để đánh giá khả làm việc quạt đẩy lắp lên tàu đệm khí Khi thiết lập xong mô hình 3D tàu đệm khí, ... giả thiết kế quạt đẩy với lực đẩy cần thiết phù hợp cho tàu đệm khí Tác giả thiết kế mẫu quạt đẩy cho tàu đệm khí kiểm tra khả tạo lực đẩy, hiệu suất làm việc thông qua mô số CFD Phƣơng pháp nghiên