Tính toán mô phỏng lực gia thêm tác động lên tàu thủy khi thay đổi hướng chuyển động

Bài báo đưa ra qui trình tính toán mô phỏng lực gia thêm (lực bù) tác động lên tàu thủy khi thay đổi hướng chuyển động. Kết quả tính toán lực gia thêm này được thực hiện trên mô hình đồng dạng của M/V TAN CANG FOUNDATION. Mời các bạn tham khảo!

TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 18-02/2016 19 TÍNH TỐN MƠ PHỎNG LỰC GIA THÊM TÁC ĐỘNG LÊN TÀU THỦY KHI THAY ĐỔI HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CALCULATING AND SIMULATION OF THE EXTEND FORCE IN CASE OF CHANGING THE MOTION COURSE PGS TS Phạm Kỳ Quang TS Vũ Văn Duy 1, NCS Nguyễn Thành Nhật Lai Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Trường Đại học Giao thông vận tải TP Hồ Chí Minh Tóm tắt: Bài báo đưa qui trình tính tốn mơ lực gia thêm (lực bù) tác động lên tàu thủy thay đổi hướng chuyển động Kết tính tốn lực gia thêm thực mơ hình đồng dạng M/V TAN CANG FOUNDATION Từ khóa: Lực gia thêm, thay đổi hướng chuyển động tàu thủy, mơ hình tàu Abstract: This article gives the calculating and simulation process of the extend force that impact on the ship in case of changing the motion course This result has been executed on the congruent model of M/V TAN CANG FOUNDATION Keywords: extends force, changing the motion course of ship, congruent model Giới thiệu Khi tàu thủy thẳng, bỏ qua ảnh hưởng sóng phân bố áp suất hai mạn tàu hoàn toàn đối xứng Nhưng thay đổi hướng chuyển động tàu thủy, phân bố thay đổi theo (phụ thuộc chặt chẽ vào tốc độ góc quay tàu) Trong báo này, nhóm tác giả sử dụng phần mềm chuyên dụng Fluent-Ansys kết hợp với lập trình để định nghĩa số tham số đầu vào, xác định lực gia thêm theo phương Trên sở đó, nghiên cứu tác động lực gia thêm đến đặc tính điều khiển hướng chuyển động tính ổn định tàu thủy Để thuận tiện cho nghiên cứu, nhóm tác giả sử dụng thơng số M/V TAN CANG FOUNDATION, tàu hành trình chuyên tuyến Bắc – Nam việc thực hành, thực nghiệm, khảo số liệu tàu thuận lợi [4] Từ sơ liệu vẽ tuyến hình tàu, nhóm tác giả sử dụng phần mềm Solidwork để xây dựng lại tuyến hình tàu theo hình Mơ hình nghiên cứu thuật tốn * Mơ hình nghiên cứu: Hình Mơ hình nghiên cứu điều kiện biên Thuật toán sử dụng [5]: Đây tốn hai pha (pha lỏng pha khí) tồn mặt thoáng phân cách chúng, nên sử dụng phương pháp VOF (volume of fluid) Phương pháp VOF giải phương trình vi phân chủ đạo cho hỗn hợp nhiều pha, cách đưa thêm vào đại lượng tỷ lệ thể tích pha (volume fraction) Gọi αk tỷ lệ thể tích pha thứ k, đó: n  k 1 1 k (1) Với k khối lượng riêng pha thứ k, khối lượng riêng hỗn hợp là: n     k k (2) k 1 Từ giải phương trình vi phân chủ đạo, để xác định đại lượng đặc trưng: n  k      k vk   s k    m pk  mkp    t k  k 1  (3) Tỷ lệ thể tích xác định theo bước thời gian:  kn 1kn 1  kn kn t  n 1   kn 1U kn 1 kf f sk k1m pk mkp V n (4) Trong đó: (n+1): Bước thời gian tại; n: Bước trước đó; αkf : Giá trị danh nghĩa tỷ lệ thể tích pha thứ k; V: Thể tích phần tử tính tốn; 20 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 18, Feb 2016 Uk: Thể tích dòng qua bề mặt theo phương pháp tuyến; mpk : Khối lượng chuyển từ pha p tới pha k; Trường hợp nhận xét rằng: Phân bố áp suất hai mạn tàu gần đối xứng Để thể chi tiết hơn, xét đường nước mkp : Khối lượng chuyển từ pha k tới pha p; sk  Có thể xác định trường vận tốc lượng qua phương trình động lượng phương trình lượng:     v    v v p    v v t t      g  F    E     v   E  p     keff T   sh t (5) (6) Trong đó: E: Năng lượng; T: Nhiệt độ E; Được xác định theo (7) : n n k 1 k 1 E    k  k Ek /   k  k (7) Ngoài chương trình sử dụng kỹ thuật giải k- ; hệ số thực nghiệm khác [1, , 3, 5] Phân tích kết Mục tiêu xác định lực gia thêm tác động lên tàu thủy, thay đổi hướng chuyển động tàu thủy chưa tính tới ảnh hưởng gió Trong phạm vi báo này, tính tốn cho số đầu vào sau: - Trường hợp 1: Tàu chuyển động thẳng hướng với vận tốc tàu m/s; vận tốc gió Vgio = - Trường hợp 2: Tàu thay đổi hướng chuyển động HT = 150, vận tốc tàu 5m/s vận tốc gió Vgio = Kết mô cho hai trường hợp mô tả cụ thể theo hình 2, hình hình * Kết mơ trường hợp 1: Hình Phân bố áp suất hai mạn tàu (xét phần tiếp xúc với nước) Hình Phân bố áp suất tĩnh hệ số áp suất dọc theo đường nước khảo sát Từ kết mơ hình 3, nhận xét rằng: Phân bố áp suất tĩnh hai bên đường nước đối xứng hệ số phân bố áp suất dọc theo chiều dài đường nước hai bên gần trùng Trường hợp không tồn lực gia thêm tác động lên vỏ tàu thủy * Kết mô trường hợp 2: Trường hợp này, tàu thay đổi hướng chuyển động HT = 150, quy tốn dòng chảy bao quanh vỏ tàu có góc hợp phương vận tốc trục dọc tàu 150 Kết mô thể đường nước so với trường hợp Hình Phân bố áp suất tĩnh hệ số áp suất dọc theo đường nước khảo sát Từ kết mơ hình 3, nhận xét rằng: Phân bố áp suất tĩnh hai bên đường nước khảo sát tương đối khác cụ thể hệ số áp suất Cp tách thành hai đường có độ lệch lớn Điều chứng tỏ tồn lực gia thêm tác động lên vỏ tàu Trong phạm vi báo này, nhóm tác giả chưa tính tốn định lượng cho nhiều trường hợp cụ thể khác nhau, chủ TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 18-02/2016 yếu giới thiệu qui trình khả mở rộng toán Kết luận Bài báo đưa qui trình ứng dụng mơ hình tính tốn VOF cụ thể chi tiết để khảo sát tốn dòng chảy bao quanh tàu với hai pha (khí nước) Tuy nhiên kết báo tập trung tính tốn mơ lực gia thêm nước tác động lên vỏ tàu thay đổi hướng chuyển động tàu thủy Các kết nghiên cứu liên quan đến vấn đề này, cơng bố cơng trình báo khoa học  Tài liệu tham khảo [1] PGS TS Phạm Kỳ Quang, TS Vũ Văn Duy, ThS Cổ Tấn Anh Vũ, ThS Nguyễn Thành Nhật Lai, Mô số xâm thực cục bánh lái tàu thủy Tạp chí giao thơng vận tải Hà Nội, 11/2015, tr 89 90 21 [2] Vũ Văn Duy, Sử dụng phầ mềm Fluent để phân tích dòng chảy bao quanh hydrofoil, Tạp chí Khoa học - Công nghệ Hàng hải Số 6, 2006 [3] Vũ Văn Duy, Bùi Trọng Tùng Một số kết ứng dụng phần mềm Fluent nghiên cứu dòng chảy qua chân vịt tàu thủy, Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Hàng hải Số 10, 2007 [4] Hồ sơ M/V TAN CANG FOUNDATION số liệu nghiên cứu thực địa tháng 12/2015 tuyến luồng Hải Phòng [5] http://www.ansys.com Ngày nhận bài: 20/01/2016 Ngày chấp nhận đăng: 04/02/2016 Phản biện: PGS.TS Vũ Đức Lập TS Nguyễn Xuân Phương ... định lực gia thêm tác động lên tàu thủy, thay đổi hướng chuyển động tàu thủy chưa tính tới ảnh hưởng gió Trong phạm vi báo này, tính toán cho số đầu vào sau: - Trường hợp 1: Tàu chuyển động thẳng... tồn lực gia thêm tác động lên vỏ tàu thủy * Kết mô trường hợp 2: Trường hợp này, tàu thay đổi hướng chuyển động HT = 150, quy tốn dòng chảy bao quanh vỏ tàu có góc hợp phương vận tốc trục dọc tàu. .. tàu với hai pha (khí nước) Tuy nhiên kết báo tập trung tính tốn mơ lực gia thêm nước tác động lên vỏ tàu thay đổi hướng chuyển động tàu thủy Các kết nghiên cứu liên quan đến vấn đề này, cơng