Mô phỏng khí động học ô tô

Mô phỏng khí động học ô tô Mô phỏng khí động học ô tô Mô phỏng khí động học ô tô luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG ******* LUẬN VĂN CAO HỌC MƠ PHỎNG KHÍ ĐỘNG HỌC Ô TÔ  Hướng dẫn: Học viên: Lớp: PSG.TS Nguyễn Trọng Hoan Trần Thanh Tùng Cao học CKĐL 06-08 Hà nội 4/2009 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Mục lục CHƯƠNG I: Khảo sát chung khí động học tô…………… ……… 1.1 Khảo sát kiểu dáng ô tơ………………………………………… 1.2 Phương pháp mơ hình hóa…………………………………………… 1.3 Khảo sát kết nghiên cứu…………………………… ……… 1.3.1 Mơ hình hình học…………………………………………………… 1.3.2 Phương pháp chia lưới mơ hình…………………………………… 1.3.3 Phương pháp tính tốn……………………………………………… 1.4 Khảo sát thí nghiệm thực tế…………………………………….…… CHƯƠNG II: Các phương trình khí động học bản…………….……… 12 2.1 Động học động lực học chất lỏng. 13 2.1.1 Phơng trình liên tục. 13 2.1.2 Phơng trình vi phân chuyển động chất lỏng thực 16 2.1.3 Phơng trình Navier-Stokes 17 2.1.4 Phơng trình becnuli 19 2.2 Các phơng trình chất khí 22 2.2.1 Phơng trình trạng thái 22 2.2.2 Phơng trình lu lợng 22 2.2.3 Phơng trình Becnuli dòng nguyên tố 22 2.2.4 Phơng trình lượng 23 2.3 Các thông số chuyển động dòng khí dòng khí 24 2.3.1 Vận tốc âm 24 2.3.2 Dòng hm, dòng tới hạn 24 2.3.3 Chuyển động chất khí ống phun 26 2.3.4 Dạng ống phun hình học 27 2.3.5 Dạng ống phun lu lợng 28 2.3.6 Dạng ống phun ma s¸t……………………………………………… 29 2.4 Tính tốn mơ hình ống khí động…………………………… … 29 2.4.1 Xác định vận tốc ống khí động…………………………….… 30 2.4.2 Hệ số áp suất………………………………………………………… 31 2.4.3 Lực cản khí động……………………………….…………………… 31 2.4.4 Hệ số lực cản………………………………………………………… 32 2.5 Cơ sở toán học mơ hình tính tốn……………… …………… 32 2.5.1 Các phương trình tổng qt………………………………………… 33 2.5.2 Mơ hình Spalart-Allmaras………………………… ……………… 35 2.5.3 Mơ hình k-ε………………………………………………………… 36 2.5.4 Mơ hình k-ω………………………………………………………… 37 2.5.5 Mơ hình Reynolds Stress (RSM) ……………………… ………… 37 CHƯƠNG III: Xây dựng mơ hình mơ phỏng…………………………… 40 3.1 Lý thut thứ nguyên 40 3.1.1 Đại lượng 40 3.1.2 Thứ nguyên 41 3.2 Công thức tổng quát thứ nguyên 41 3.2.1 Tỷ số hai giá trị số đại lợng dẫn xuất. 41 3.2.2 Biểu thức đại lợng có thứ nguyên 41 3.3 Các tiêu chuẩn tơng tự. 43 3.3.1 Tơng tự hình học 43 3.3.2 Tơng tự động học 44 3.3.3 Tơng tự động lực học 44 3.3.4 Tơng tự hai chuyển động phẳng . 45 3.4 Xõy dng mụ hình hình học…………………………………… …… 47 3.4.1 Phương pháp xây dựng mơ hình mơ phỏng………………………… 49 3.4.2 Phương pháp chia lưới……………………………………….……… 51 3.4.3 Lựa chọn mơ hình tính tốn………………………………………… 54 CHƯƠNG IV: Phân tích kết mơ phỏng……………………………… 59 4.1 Kết hệ số cản khí động mơ hình………………………… 60 Biểu đồ phân bố áp suất tĩnh bề mặt ô tô…………………………… 61 Biểu đồ phân bố áp suất tĩnh phía tơ……………………………… 62 Biểu đồ phân bố áp suất tĩnh phía tơ……………………………… 63 Biểu đồ phân bố áp suất vận tốc bề mặt sườn bên ô tô……………… 64 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng dọc đối xứng ô tô…… 65 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng dọc phía sau ô tô……… 66 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng ngang phía sau ô tô…… 67 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt cắt phía sau tơ……………… 68 10 Biểu đồ số vị trí khí động khác biệt………………………………… 69 11 Kết luận………………………………………………………………… 70 Tài liệu tham khảo………………………………………………………… 71 LỜI NĨI ĐẦU Thủy khí động lực có mối liên hệ chặt chẽ khoa học yêu cầu thực tế Ứng dụng rộng rãi lĩnh vực từ nghiên cứu khí động máy bay, khí động tơ, ổn định dịng chảy tầu thủy đến ứng dụng cụ thể sống như: loại máy khuấy, kênh đào, đập nước, thuyền bè,… Từ thời xa xưa, toán thủy tĩnh lực đẩy Acsimet (287-212 TCN) gắn liền với nhiều kiện tiếng Nhà danh họa tiếng Leona Đơvanhxi (1452- 1519) đưa khái niệm lực cản chất lỏng ông muốn biết chim lại bay được, phải 400 năm sau, Jucopxki Kutta giải thích được: lực nâng L.Ơle (1707-1783) Becnuli (1700-1782) đặt sở lý thuyết cho thủy khí động lực, người mô tả chất lỏng thực chất khí phải kể đến Navier (người Pháp) Stokes (người Anh) hai ơng tìm phương trình vi phân chuyển động từ năm 1821 đến năm 1845 Khi nhà bác học người Đức L.Prandtl sáng lập lý thuyết lớp biên năm 1904, góp phần giải nhiều tốn khí động Ngày thủy khí động lực phát triển rộng rãi ứng dụng nhiều lĩnh vực nghiên cứu đời sống Với tảng sở lý thuyết rộng rãi, thêm vào phát triển nhanh chóng cơng nghệ số, nhà nghiên cứu xây dựng mô nhiều mơ hình thủy khí động lực sát với thực tế Hiện nay, khí động học tơ tốn phổ biến, nghiên cứu phương pháp thực nghiệm ống khí động mơ mơ hình tính tốn Với mục đích giảm lực cản khí động (mặc dù lực cản ô tô lực cản bánh xe), giảm độ ồn gió, giảm thiểu tiếng ồn phát giới hạn lực nâng không mong muốn vùng tốc độ cao Đối với loại ô tô đua, người ta cịn thiết kế chi tiết khí động để tăng lực nén ô tô xuống đường ổn định khả vào cua ô tô Nghiên cứu khí động tơ có đặc điểm khác với máy bay, như: đặc điểm hình dạng tơ gồm mặt dốc, tơ chạy mặt đất với vận tốc thấp hơn, chuyển động tơ bậc tự bị ảnh hưởng khí động so với máy bay Trong giới hạn luận văn này, em tìm hiểu phương pháp thí nghiệm ống khí động với mơ hình thực tế mạnh dạn xây dựng mơ hình tính tốn máy tính để so sánh với kết thực nghiệm đưa nhận xét ảnh hưởng vùng khí động tới hệ số cản tơ mơ hình khác Trong suốt q trình tìm hiểu, hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan giúp đỡ thầy giáo đồng nghiệp Viện Cơ khí Động lực- Đại học Bách Khoa Hà Nội, em hoàn thành luận văn cao học Em xin chân thành cảm ơn! -1CHƯƠNG I: Khảo sát chung khí động học tơ 1.1 Khảo sát kiểu dáng ô tô: Tổng quan kiểu dáng công nghiệp ô tô nay, theo khảo sát đánh giá chung, giới sử dụng ba mẫu xe thịnh hành nhất: - Mẫu ô tô Fast back: phổ biến dòng xe tốc độ cao như: Bugati, Porsche, Aston Martin,… với đặc điểm kiểu dáng khí động phía sau dốc thẳng xuống, nhằm hạn chế tối đa lực cản khí động, thơng thường dịng xe có hệ số lực cản khí động Cd < 0,3 Hình 1.1: Mơ hình ô tô Porsche 911 - Mẫu ô tô thứ hai phổ biến từ dòng xe hạng trung đến dòng xe hạng sang mẫu Notch back dạng chữ V phía đằng sau, hay cịn gọi dịng sedan, loại hệ số lực cản khí động tương đối nhỏ Cd = 0,32÷0,34 Hình 1.2: Mơ hình tơ Mercedes-Benz E320 -2- Loại phổ biến thứ ba loại ô tô Square back với hệ số lực cản khí động Cd từ 0,414÷0,44 Hiện nay, kiểu dáng xe tương tự Square back có phần đuôi phá sau nhô cao sử dụng rộng rãi chủng loại xe thể thao đa dụng SUV Hình 1.3: Mơ hình tơ Mercedes-Benz E63 Ngồi ra, thấy thị trường cịn có loại tơ pick-up, theo kết khảo sát tính tốn, chúng có hệ số lực cản khoảng từ 0,463 ÷ 0,491 Bên cạnh cịn có nhiều kiểu ô tô thiết kế riêng nhằm phục vụ sở thích mục đích đặc biệt 1.2 Phương pháp mơ hình hóa: Khi nhà thiết kế nghiên cứu kiểu dáng tơ, ngồi tính chất thương mại nhằm gây ấn tượng sản phẩm vấn đề nghiên cứu đưa kiểu dáng với kết cấu khí động học tối ưu vơ quan trọng Bởi thơng số đánh giá chất lượng sản phẩm nâng cao hiệu qủa hoạt động tơ tính an toàn cho người sử dụng Trước năm 80 kỷ XX, giới nhà nghiên cứu quan tâm nhiều tới ảnh hưởng khí động học tác dụng máy bay Người ta tập trung nghiên cứu ảnh hưởng khí động học lên thân cánh máy bay, nhằm kiểm soát hệ số lực cản lực nâng, đồng thời phân tích độ -3ổn định máy bay điệu kiện hoạt động tốc độ cao mơi trường khí động liên tục thay đổi chênh áp khơng khí Tuy nhiên, sau năm 80, công nghiệp ô tô có bước tiến mạnh mẽ, có phát triển nganh chế tạo động Những động công suất lớn đời, ô tô hoạt động với vận tốc cao, người ta bắt đầu nhận ảnh hưởng khí động học tới ô tô vấn đề quan trọng Nghiên cứu khí động học tơ toán phức tạp, sở nghiên cứu dựa phương trình Navier-Stokes, phương trình giản điều kiện tối giản kèm theo Thí nghiệm khí động học mơ hình tơ thực tế thí nghiệm tốn yêu cầu trang thiết bị đại Bởi thí nghiệm mơ hình tơ thực tế n cầu mơi trường thí nghiệm phải giống mơi trường tơ hoạt động ngồi đường, kích thước ống khí động phải lớn để cho biên ống khí động khơng ảnh hưởng tới dịng khí bao quanh ô tô, tránh xảy sai số nhiễu q trình đo thí nghiệm Ví dụ: Để thí nghiệm tơ có kích thước bao quanh là: 5,184m x 1,786m x 1,824m Thì cần xây dựng ống khí động có kích thước chiều tương ứng là: 23m x 5,4m x 10,4m Do đó, với thí nghiệm khí động học tơ, thơng thường nhà nghiên cứu phải mơ hình hóa vật thể theo kích thước nhỏ so với thực tế Nhiều nghiên cứu rằng, tỷ lệ mơ hình hóa từ 1/18 ÷ 1/12 so với kích thước mơ hình thực tế hợp lý Bên cạnh đó, theo xu hướng phát triển đại ngày có tính chất kế thừa cơng nghệ số, nhà nghiên cứu ngày phát triển áp dụng kỹ thuật mơ khí động học máy bay tơ máy tính Nổi bật số có phần mềm mơ “Tính tốn động lực học dòng chảy” -4CFD (Computational Fluid Dynamics) Các bước để mơ tốn CFD sau: - Xây dựng mơ hình hình học: mục đích mơ tả vật thể, mơ tả từ ô tô đơn giản tơ phức tạp với kích thước hình học giống thực tế Độ xác hình học ảnh hưởng nhiều tới kết sau tính tốn so sánh với giá trị thực nghiệm - Phân tích phương pháp chia lưới mơ hình: phương pháp số phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm CFD để giải tốn, việc chia lưới mơ hình để tạo phần tử đủ khả mô giống thực tế điều quan trọng, ảnh hưởng nhiều tới kết tính tốn - Phương pháp tính tốn CFD: dựa phương trình NavierStokes theo số Reynolds trung bình (RANS) phương pháp số để tính tốn 1.3 Khảo sát kết nghiên cứu: Trên giới có nhiều nghiên cứu, báo cáo báo liên quan đến vấn đề khí động học ô tô Các công nghiệp ô tô lớn như: Mỹ, Nhật, Đức,… cơng ty điều có trung tâm nghiên cứu phát triển sản phẩm, đó, khí động học tơ lĩnh vực quan tâm Nhằm giảm chi phí q trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ đại thực tiễn, nhà nghiên cứu phát triển sản phẩm theo hướng mơ hình hóa Trong q trình mơ nghiên cứu khí động học ô tô, nhà nghiên cứu quan tâm nhiều tới ba yếu tố ảnh hưởng tới kết tính tốn mơ phỏng: 1.3.1 Mơ hình hình học: Trong q trình phát triển sản phẩm, phải xuất phát từ mơ hình hay mơ hình thơ trước Sau q trình nghiên cứu ứng dụng sản phẩm, nhà nghiên cứu phải cải tiến sản phẩm phương pháp mô để cho sản phẩm tốt Do đó, - 59 - Hình 3.17: Điều kiện biên mơ hình ô tô dạng tường cố định không trượt - Đặt tiêu chuẩn hội tụ: 1e-05 Hình 3.18: Điều kiện hội tụ tốn theo số gia phương trình liên tục - Đặt số vòng lặp cần thiết để tốn hội tụ: 1000 - 60 - Hình 3.119: Số vịng lặp tốn - Tiến hành chạy tính tốn mơ hình lưu kết Hình 3.20: Đồ thị điều kiện hội tụ theo số vòng lặp CHƯƠNG IV: Phân tích kết mơ Sau xây dựng xong mơ hình hình học, tiến hành chia lưới mơ hình với kích thước phù hợp (với điều kiện giới hạn thiết bị máy tính) Phương pháp chia lưới thực chương trình riêng, với điều kiện đầu vào vận tốc đầu áp suất, môi trường tính tốn chất khí Trong thí nghiệm với ống khí động, xác định vận tốc đầu vào, đầu không xác định vận tốc Thông thường, đầu lấy áp suất với áp suất khí cho phù hợp với mơi trường thực tế, áp suất dư đầu thường lấy Các điều kiện biên thực tính tốn mơ hình: - 61  Mơ hình khí động dạng k-ε tiêu chuẩn  Mơi trường tính tốn chất khí với:  Khối lượng riêng: ρ = 1,225 (kg/m3)  Độ nhớt (nhỏ): μ = 1,7894.10-5 (kg/m.s)  Áp suất hiệu dụng, hoạt động: p0 = 101325 (pascal)  Vận tốc đầu vào: V = 22 (m/s) = 80 (km/h)  Áp suất dư đầu ra: pra =  Tiêu chuẩn hội tụ theo phương trình liên tục: 1e-05  Số vòng lặp tới hội tụ < 1000 Phần mềm Fluent tính tốn theo áp suất tĩnh áp suất dư tính tốn: ptĩnh = pdư Do đó, để tính giá trị tuyệt đối phải cộng thêm với áp suất hiệu dụng Để thống nhất, luận văn em tính theo áp suất dư, lấy theo giá trị mơ hình tính tốn 4.1 Kết hệ số cản khí động mơ hình: Dạng mơ hình Thực nghiệm Mơ Fast back 0,32 0,35 Notch back 0,35 0,40 Square back 0,40 0,51 - 62 - Đồ thị hệ số lực cản khí động 1.8 1.6 1.4 Fast back Cd 1.2 Notch back Square back 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100 150 200 250 300 350 Số vòng lặp 400 450 500 550 *) Nguyên nhân sai lệch hệ số cản Cd dự đoán yếu tố sau: - Nguyên nhân phương pháp chia lưới cịn thơ, chưa đạt đến độ mịn cần thiết để tính tốn, thơng thương mơ hình chia ≈ 10 triệu điểm, toán dừng lại mơ hình ≈ triệu điểm (do điều kiện tính tốn máy tính) - Trong phần tính tốn, phần mềm tính biên dạng phía trước vỏ ô tô theo giá trị áp suất vận tốc dịng khí, tác giả làm thực nghiệm lại tính tốn theo giá trị lực tác dụng đo trực tiếp trục đỡ tơ nên có sai số q trình tính tốn khác gây Do đó, luận văn này, em phân tích sâu đặc tính dịng khí phân bố áp suất tồn biên dạng xe để tìm hiểu nguyên nhân gây khác biệt hệ số cản khí động tơ điều kiện vận hành - 61 4.2 Biểu đồ phân bố áp suất tĩnh bề mặt ô tô Fast back Notch back Đồ thị phân bố áp suất phía trước ô tô theo trục thẳng đứng Square back Độ thị phân bố vận tốc khí phía trước tơ theo trục thắng đứng 350 30 300 25 20 200 Fast back 150 Notch back 100 Square back V (m/s) p (pascal) 250 Fast back 15 Notch back Square back 10 50 -50 10 15 20 30 35 40 0 -100 Y (mm) Nhận xét: 25 10 15 20 25 30 35 40 Y (mm) - Tại vị trí đầu tơ cấu tạo ô tô giống nên hai đồ thị trùng lên - Tại vị trí Y=18 (mm) vận tốc dịng khí nhỏ nhất, bị cản đầu tơ áp suất lớn khơng khí va chạm với vật cản - Tại vị trí mép phía thành tơ Y=5 (mm) Y=35 (mm), dịng khí tách ra, vận tốc tăng nên áp suất giảm - 62 4.3 Biểu đồ phân bố áp suất tĩnh phía tơ Fast back Notch back Square back Đồ thị phân bố áp suất mặt ô tô theo trục dọc 300 200 p (pascal) 100 -100 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 -200 -300 -400 Fast back -500 Notch back -600 Square back -700 -800 X (mm) - Áp suất phân bố bề mặt tơ khơng nhau, vị trí capơ giao kính chắn gió X=60 (mm) áp suất tăng, khí va chạm với kính chắn gió - Tại mép bên kính chắn gió X=88 (mm), dịng khí tách thành đạt vận tốc cao, áp suất giảm mạnh - Phần đầu mơ hình giống nhau, phần sau có khác biệt: + Mơ hình Fast back, khí tách thành kính chắn gió phía sau X=159 (mm) nên áp suất bị giảm + Mô hình Notch back, áp suất giảm mạnh kính chắn gió dốc nhiều X=161(mm) tạo xốy sau kính Mơ hình Square back áp suất khơng đổi phía sau mặt phẳng - 63 4.4 Biểu đồ phân bố áp suất tĩnh phía tơ Fast back Notch back Square back Đồ thị phân bố áp suất khí gầm tơ theo trục dọc 100 50 p (pascal) -50 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 -100 -150 -200 Fast back Notch back -250 Square back -300 -350 - X (mm) Do phần bên mơ hình giống nhau, nên áp suất gầm xe tương đối Tuy nhiên vận tốc phần đầu đuôi lớn, nên áp suất nhỏ Tại vị trí X=171 (mm) phần bên vát nên dịng khí tách thành, vận tốc giảm áp suất tăng Phần phía sau ảnh hưởng vận tốc xoay nên áp suất xe khác biệt Áp suất âm chứng tỏ xe chịu lực nén - 64 4.5 Biểu đồ phân bố áp suất vận tốc bề mặt sườn bên ô tô Fast back Notch back Đồ thị phân bố vận tốc dịng khí sườn bên tô Đồ thị phân bố áp suất sườn bên ô tô 35 -50 50 100 150 200 250 30 -100 25 -150 Fast back -200 Notch back -250 Square back V (m/s) p (pascal) Square back Notch back 15 -300 10 -350 -400 -450 Fast back 20 Square back X (mm) 50 100 150 200 250 X (mm) - Áp suất vận tốc phân bố bề mặt ô tô thay đổi không nhiều dọc theo chiều dài tơ - Vận tốc dịng khí ≈ 15 (m/s) nhỏ vận tốc đầu vào nên áp suất bề mặt ô tô giảm - Tại vị trí đầu tơ X=0 (mm) X=232 (mm) có thay đổi áp suất vận tốc dịng khí va chạm với đầu tơ tách thành phía tô - Tại đuôi mẫu xe ô tô Square back có xốy lớn nên vận tốc thay đổi làm áp suất ổn định hai mẫu - 65 4.6 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng dọc đối xứng ô tô Fast back Notch back Square back Đồ thị phân bố vận tốc khí mặt tơ theo trục dọc 35 30 V (m/s) 25 Fast back 20 Notch back 15 Square back 10 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 X (mm) - Vận tốc khí bên mặt tơ biến đổi biên dạng xe Trên nắp capô vận tốc giảm dần tiến tới gần không X= 59 (mm) tiếp xúc với kính chắn gió Phía kính chắn gió, vận tốc hợp thành X=88 (mm) kết hợp với dịng khí làm tăng vận tốc Phía kính chắn gió sau Fast back Notch back, vận tốc giảm X=159 (mm) X=161 (mm) tượng tách thành dịng khí (chia phần xuống dưới), cịn với Square back, phía sau phẳng nên vận tốc không đổi - 66 4.7 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng dọc phía sau tơ Fast back Notch back Đồ thị phân bố áp suất khí phía sau ô tô theo trục thẳng đứng Đồ thị vận phân bố tốc khí phía tơ theo trục thắng đứng 25 Fast back Notch back 10 Square back 0 20 40 Y (mm) 60 80 p (pascal) V (m/s) 20 15 Square back 30 20 10 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Fast back Notch back Square back Y (mm) - Khi dịng khí khỏi từ đuôi ô tô xảy tươngg tách thành sinh dịng xốy - Hiện tượng tách thành xảy bên bên dưới, đo tạo thành dịng xốy - Vận tốc khí phía sau tơ Y=15 (mm) Y=45 (mm) giảm mạnh, tạo dịng xốy sinh vùng chân khơng phía sau tơ nên áp suất nhỏ - Áp suất phía trước lớn, áp suất phía sau nhỏ, độ chênh áp sinh lực cản ô tô lại, độ chênh áp lờn lực cản tăng - 67 4.8 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng ngang phía sau tơ Fast back Notch back 20 18 16 14 12 10 220 Đồ thị phân bố áp suất khí phía sau tơ theo trục dọc 100 75 50 Fast back Notch back Square back p (pascal) V (m/s) Đồ thị phân bố vận tốc khí phía tô theo trục dọc Square back 25 -25230 Fast back 280 330 380 430 Notch back Square back -50 -75 -100 245 270 295 320 X (mm) 345 370 395 420 -125 X (mm) Khảo sát xốy phía sau ô tô phải xem xét theo hướng khác trục tọa độ Tại hướng dọc theo chiều dài tơ vận tốc áp suất tăng dần tiến đến ổn định Vận tốc khí thấp X=232 (mm) gần tơ, dịng khí dao động vùng xốy Tại vị trí X = 270 (mm) thấy vận tốc khí tăng lên áp suất giảm đi, điều chứng tỏ dịng khí dần ổn định, khơng tạo xốy - Từ vị trí X=300 (mm) dịng khí bắt đầu ổn định vận tốc áp suất - - 68 4.9 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt cắt phía sau ô tô Fast back Notch back Đồ thị phân bố vận tốc khí phía tơ theo trục ngang Đồ thị phân bố áp suất khí phía sau tô theo trục ngang 20 12 -20 Fast back Notch back Square back p (pascal) 10 V (m/s) Square back 30 40 50 50 Notch back -80 Square back -120 Z (mm) 40 Fast back 20 30 -60 -100 10 20 -40 10 -140 Z (mm) - Dịng khí tơ xốy theo chiều dọc chiều ngang (hình trên) với cường độ xốy loại mơ hình ô tô khác - Tại biên ô tô Z = 45 (mm) vận tốc lớn nên áp suất nhỏ, dịng khí bị tách thành vào phía bên tạo xoáy hướng vào - Theo chiều ngang tơ, vận tốc khí tăng lên áp suất giảm - 69 4.10 Biểu đồ số vị trí khí động khác biệt Notch back Square back - Với mơ hình Notch back, vị trí cuối kính chắn gió sau X=161 (mm) Y=46 (mm) sinh dịng xốy, nhỏ so với tơ Bởi dịng xốy tạo thành dịng khí tách thành từ xuống, khơng có dịng khí từ lên phần Do độ xốy độ lớn dịng xốy nhỏ Tuy nhiên tạo thành vùng chân khơng áp suất thấp, làm tăng hệ số cản khí động tơ Đó ngun nhân làm hệ số cản Notch back lớn Fast back - Với mơ hình Square back, dịng xốy phía xe lớn kéo dài từ vị trí Y=15 (mm) đến Y=74 (mm) Do xe mơ hình có tiết diện lớn, dịng khí qua, tách thành lan rộng tiết diện Dịng khí vào tạo xốy lớn làm giảm áp suất phía đi, tạo vùng chân khơng lớn Đó lý làm cho Square back mơ hình có hệ số cản khí động lớn ba mơ hình - Trong đó, với phần xe thu nhỏ, khơng có gờ tạo dịng xốy, phía sau mơ hình Fast back có vùng xốy vùng chân không nhỏ nhất, dẫn tới hệ số cản khí động mơ hình nhỏ mơ hình thí nghiệm mơ - 70 10 Kết luận: Luận văn xây dựng theo mơ hình mơ khí động mẫu ô tô phổ biến Nghiên cứu đặc tính dịng chảy phân bố áp suất tồn vỏ tơ xây dựng sở lý thuyết để tính tốn thiết kế bước tối ưu hóa khung vỏ tơ vấn đề giảm bớt hệ số cản khí động Qua tính tốn, nghiên cứu điều kiện hoạt động định, mơ hình tơ khác có hệ số cản khí động khác Ngun nhân chuẩn đốn tách thành khơng khí biên dạng tơ, đặc biệt phía sau tơ, tạo nên vùng khơng khí xốy áp suất thấp, làm tăng lực cản ô tô Cụ thể với mơ hình nghiên cứu cho kết sau: Cd (Fast back) < Cd (Notch back) < Cd (Square back) Ngoài nguyên nhân tạo hệ số khí động lớn biên dạng cản phía trước tơ gây vùng áp suất lớn, dẫn đến độ chênh áp suất phía trước phía sau tơ lớn, sinh lực cản Dù cố gắng khảo sát nhiều vấn đề thử nhiều mơ hình khác để tìm mơ hình mơ phù hợp nhất, đề tài nhiều lạ thời gian khả nghiên cứu học viên hạn chế, nên kết đưa chỗ chưa phù hợp với thực nghiệm Hướng nghiên cứu đề tài xây dựng mô hình hình học tơ cho phù hợp với mơ hình thực tế tối ưu phương pháp chia lưới mơ hình cho phù hợp nhất, đồng thời tạo điều kiện tốn mơ hệ thống máy móc đại để đưa kết sát so với thực tế, làm sở để khảo sát khí động học tơ cách toàn diện./ - 71 *) Tài liệu tham khảo: “Thủy khí động lực học ứng dụng” – GS.TSKH.Vũ Duy Quang, Nhà xuất xây dựng 2006 “Aerodynamics for Engineering Students 5E” – E.L.Houghton & P.W.Capenter, The University of Warwick, UK “Computational Fluid DynamicsPrinciples and Applications” – J.Blazek, Alstaom Power Ltd., Baden-Daettwil, Switzerland “CFD Validation Study for a Sedan Scale Model” – Oliver Fischer, Timo Kuthada and Tochen Wiedemann, University Stuttgart, SAE papers 2008 “Simulation of Flow around a Generic Pickup” – Hui Zhu & Zhigang Yang, Tongji University, SAE papers 2008 “Guidelines for CFD Simulations of Ground Vehicle” – Ilhan Bayraktar, Old Dominion University, SAE papers 2006 “CFD Simulations for Flow Over Pickup Trucks” – Zhigang Yang & Bahram Khalighi, General Motors Corporation, SAE papers 2005 “2003-0993 Automated Aerodynamic Design Optimization Process for Automotive Vehicle” – Rajneesh Singh, General Motors Corporation, SAE papers 2003 “Effect of Test Section Configuration on Aerodynamic Drag Measurements” – Jack Williams & StanWallis, Ford Motor Company, SAE papers 2001 10 “Advances in External-Aero Simulation of round Vehicles Using the Steady RANS Equations” – Francis T.Makowski & Sung-eun Kim, Fluent Inc, SAE 2000 World Congress ... hình học Dn, Dm - đường kính thủy lực Ln, Lm chiều dài mô hình 3.3.2 Tơng tự động học: Hình 3.2: Mô hình tương tự động học Hai hệ thống thuỷ khí động lực tơng tự động học phải tơng tự hình học. .. báo liên quan đến vấn đề khí động học tơ Các công nghiệp ô tô lớn như: Mỹ, Nhật, Đức,… cơng ty điều có trung tâm nghiên cứu phát triển sản phẩm, đó, khí động học ô tô lĩnh vực quan tâm Nhằm giảm... bề mặt sườn bên ô tô? ??…………… 64 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng dọc đối xứng ô tô? ??… 65 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng dọc phía sau ô tô? ??…… 66 Biểu đồ phân bố vận tốc khí mặt phẳng ngang