Trong bài viết này, tác giả trình bày một số kết quả nghiên cứu về đặc tính khí động học thân tàu hàng sông và ảnh hưởng của tư thế khai thác đến đặc tính khí động của tàu.thông qua sử dụng công cụ tính toán mô phỏng số.
Ngơ Văn Hệ Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 177 - 182 PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯ THẾ KHAI THÁC ĐẾN LỰC CẢN KHÍ ĐỘNG CỦA TÀU HÀNG SƠNG Ngơ Văn Hệ* Trường Đại học Bách khoa Hà Nội TÓM TẮT Vấn đề nâng cao hiệu kinh tế khai thác tàu chở hàng sông chưa quan tâm nghiên cứu nước ta Nhằm đưa phân tích, đánh giá ảnh hưởng yếu tố thiết kế tàu, tư tàu khai thác tàu đến đặc tính khí động học lực cản khí động tác động lên thân tàu chở hàng sông Trong báo này, tác giả trình bày số kết nghiên cứu đặc tính khí động học thân tàu hàng sông ảnh hưởng tư khai thác đến đặc tính khí động tàu thơng qua sử dụng cơng cụ tính tốn mơ số Trên sở tính tốn phân tích kết thu được, số giải pháp kỹ thuật đưa nhằm cải thiện đặc tính khí động học giảm lực cản khí động tác động lên thân tàu Nghiên cứu giảm lực cản tác động lên thân tàu đồng thời nghiên cứu giúp cải thiện nâng cao hiệu kinh tế khai thác tàu thông qua việc giảm lượng tiêu hao nhiên liệu chạy tàu Từ khóa: tàu sơng, đặc tính khí động, lực cản khí động, giảm lực cản ĐẶT VẤN ĐỀ* Tàu chở hàng sông loại tàu sử dụng vận chuyển hàng hóa tuyến đường sơng Ở nước ta, với lợi mạng lưới sơng ngòi dày đặc, nhiều vịnh, hồ khắp nước tạo điều kiện cho việc phát triển đội tàu sông mạnh Trọng tải tàu hàng sơng thiết kế từ khoảng 200-500 tấn, loại tàu sông sử dụng chủ yếu có trọng tải từ 1000-2000 Bên cạnh đó, số tàu thiết kế với đặc thù riêng có tải trọng mức khác phù hợp Hầu hết đội tàu hàng sông thiết kế với đặc điểm chung là: máy tàu thượng tầng bố trí phía lái, sử dụng máy diesel lai trực tiếp chân vịt Tư khai thác đặc thù loại tàu là: trạng thái tàu không hàng, tư tàu thường có góc ngóc mũi khoảng 2-5 độ Trong trạng thái khai thác khác trường hợp có điều chỉnh tư tàu, tàu phải dằn xắp xếp hàng theo phương án định tính tốn kiểm tra ổn định để đảm bảo tư hoạt động tàu thỏa mãn tính hàng hải an tồn q trình khai thác Trong số nghiên cứu liên quan gần cho thấy, tư khai thác tàu, bố trí chung * trang bị tàu, hình dàng thân tàu có ảnh hưởng đến đặc tính khí động học thân tàu [18], sở thiết kế bố trí chung phần thân thượng tầng tàu có hình dáng khí động học, cải thiện đặc tính khí động cho tàu giảm lực cản tác động lên tàu, hay tiết kiệm lượng tiêu hao nhiên liệu chạy tàu lượng đáng kể Những nghiên cứu cho thấy, tối ưu hình dáng khí động học cho tàu giải pháp hữu ích để nâng cao hiệu kinh tế khai thác tàu Hình Tàu chở hàng sơng Việt Nam hình dáng tàu khơng nước dằn NBS [5-8] Trong nghiên cứu này, tác giả thực nghiên cứu phân tích đặc tính khí động học thân tàu hàng sông ảnh hưởng tư khai thác tàu đến đặc tính khí động học Tel: 01679 482746, Email: he.ngovan@hust.edu.vn 177 Ngô Văn Hệ Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ giảm lực cản khí động tác động lên thân tàu Trên sở kết thu được, tác giả đưa số giải pháp giảm lực cản khí động tác động lên thân tàu hàng sơng MƠ HÌNH TÀU HÀNG SƠNG SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU Trong báo này, mơ hình tính tốn lựa chọn loại tàu chở hàng sơng thơng dụng, trọng tải 1200 Hình thể đường hình dáng mơ hình tàu xây dựng sử dụng tính tốn mơ khảo sát đặc tính khí động học Các thơng số tàu thể Bảng 189(13): 177 - 182 thơng qua sử dụng cơng cụ tính tốn mơ số thương mại Ansys-Fluent v.14.5 [912] Hình thể miền khơng gian tính tốn khảo sát chia lưới tính tốn Thơng số giới hạn miền khơng gian tính tốn, chia lưới điều kiện thiết lập cho tốn khảo sát đặc tính khí động học thân tàu thể chi tiết Bảng Hình Miền khơng gian tính tốn chia lưới không cấu trúc Bảng Thiết lập điều kiện tính tốn Thơng số Hình Mơ hình tàu hàng sơng sử dụng nghiên cứu, tính tốn mơ CFD Bảng Thơng số kích thước tàu Thông số Chiều dài thiết kế, Ltk Chiều rộng thiết kế, B Chiều cao mạn, H Mớn nước, d Diện tích mặt hứng gió theo phương dọc, Sx Diện tích mặt hứng gió theo phương ngang, Sy Giá trị 43,25 5,70 2,25 1,90 Đơn vị m m m m 21,64 m 110,79 m2 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC THÂN TÀU HÀNG SƠNG Trong phần này, đặc tính khí động học thân tàu hàng sơng phân tích khảo sát 178 Miền khơng gian tính tốn Số lưới khơng cấu trúc Mơ hình rối Đầu vào, vận tốc vào Đầu ra, áp suất khí trời Reynold Khối lượng riêng khơng khí Độ nhớt động học khơng khí Điều kiện Giá trị Đơn vị LxBxH 200x40 x40 m T 2.263 Triệu lưới k- Hl/h V 5-18 p 1.025 Rn 6×106 2.2×107 - ρ 1.225 kg/m3 1.7894 ×10-5 kg/m.s at Trên sở thực tính tốn mơ thu kết khảo sát Hình thể kết phân bố áp suất dòng bao quanh thân tàu vận tốc khác Ngơ Văn Hệ Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 177 - 182 Rn=6.2x106 Rn=18.6x106 Hình Phân bố áp suất dòng bao quanh thân tàu khảo sát Kết thể Hình cho thấy: Khi thay đổi vận tốc khảo sát, diện tích vùng phân bố áp suất cao dòng xoáy bao quanh tàu thay đổi theo tương ứng Sự thay đổi phân bố áp suất dòng bao quanh tàu phụ thuộc vào vận tốc khai thác tàu hay cấp gió khác Từ thấy, với loại tàu khác nhau, thân tàu thiết kế phù hợp với điều kiện khai thác nhằm đạt điểm lợi đặc tính khí động hạn chế ảnh hưởng hình dáng đến đặc tính khí động tàu Tại vùng đặc biệt có bề mặt diện tích hứng gió rộng vùng phía trước thượng tầng, phía trước thành quây hầm hàng hay khu vực mũi tàu Phân bố dòng có mật độ lớn hơn, nhiều vùng xốy so với khu vực khác Phân bố áp suất khu vực tập trung vùng áp suất cao so với vùng khác Có thể thấy vùng đặc biệt, có bất thường nhiều so với vùng khác thân tàu Đây nguyên nhân làm gia tăng lực cản khí động tác động lên thân tàu Hình thể kết tính tốn lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát Hình Lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát 179 Ngô Văn Hệ Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯ THẾ KHAI THÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC Tư khai thác tàu thể tương quan chiều chìm mũi chiều chìm lái tàu Trong phần này, thân tàu khảo sát với hai tư khai thác khác gồm: tàu tư cân với góc ngóc mũi độ tàu tư khai thác với góc ngóc mũi độ Theo nghiên cứu cho thấy, tư tàu với góc ngóc mũi độ tư khai thác trạng thái tàu không hàng, thường gặp trình vận tải đội tàu hàng sông miền Bắc nước ta Đây tư khai thác nguy hiểm cho tàu điều kiện thời tiết không tốt Tuy nhiên với đặc điểm loại tàu hàng sơng nay, với máy bố trí phía lái việc vận hành tàu tư cần thiết để đảm bảo chiều chìm cho chân vịt 189(13): 177 - 182 tàu hoạt động Hình thể mơ hình tàu khảo sát tư có góc ngóc mũi độ Hình Mơ hình tàu với tư khảo sát với góc ngóc mũi độ Hình 7-9 thể kết khảo sát phân bố áp suất dòng bao quanh thân tàu tư khảo sát tàu với góc ngóc mũi độ Hình Phân bố áp suất bao quanh tàu khảo sát với góc ngóc mũi độ, vận tốc khảo sát ứng với Rn=6.2x106 Hình Phân bố áp suất bề mặt diện tích thân tàu khảo sát với góc ngóc mũi độ 180 Ngơ Văn Hệ Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 189(13): 177 - 182 Hình Phân bố áp suất dòng bao quanh tàu khảo sát với góc ngóc mũi độ, vận tốc khảo sát ứng với Rn=18.6x106 Kết phân bố áp suất vận tốc dòng bao quanh thân tàu tư khảo sát với góc ngóc mũi độ cho thấy rõ ảnh hưởng tư tàu đến phân bố áp suất dòng bao quanh thân tàu Diện tích vùng áp suất cao tác động lên bề mặt mũi tàu tư ngóc mũi độ tăng lên so với tư tàu cân với góc ngóc mũi độ Tuy nhiên, tư ngóc mũi độ, phần diện tích vùng áp suất cao thượng tầng tàu bị giảm ảnh hưởng góc ngóc mũi tàu Những nguyên nhân làm thay đổi lực cản khí động tác động lên thân tàu Hình 10 thể kết so sánh lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát hai trường hợp Hình 10 Lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát Kết cho thấy: vận tốc thấp Rn