Nghiên cứu đặc tính xâm thực của vật thể chuyển động tốc độ cao ngầm dưới nước bằng mô phỏng số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN DUYỀN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH XÂM THỰC CỦA VẬT THỂ CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO NGẦM DƯỚI NƯỚC BẰNG MÔ PHỎNG SỐ LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN DUYỀN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH XÂM THỰC CỦA VẬT THỂ CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO NGẦM DƯỚI NƯỚC BẰNG MÔ PHỎNG SỐ LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TRƯƠNG VIỆT ANH VŨ VĂN DUY Hà Nội – 2019 MỤC LỤC Danh mục ký hiệu chữ viết tắt iii Danh mục bảng .v Danh mục hình vẽ đồ thị vi MỞ ĐẦU .1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tượng xâm thực xảy ngư lôi 1.2 Vấn đề nghiên cứu 1.2.1 Đặc tính xâm thực vật thể có mũi dạng mũi cải tiến .8 1.2.2 Tính tốn mơ xâm thực ngư lôi Set53M 1.2.3 Thống kê tốc độ làm việc số loại ngư lôi 10 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cơ sở lý thuyết lớp biên lực cản 11 2.1.1 Khái niệm lớp biên đặc trưng lớp biên .11 2.1.2 Phương trình lớp biên 15 2.1.3 Hiện tượng tách thành lớp biên 19 2.1.4 Lực cản vật chuyển động chất lỏng 20 2.2 Cơ sở lý thuyết xâm thực vật thể dạng ngư lôi 22 2.2.1 Đặc trưng dòng chảy xâm thực 22 2.2.2 Các thông số liên quan đến dòng chảy xâm thực 25 2.2.3 Điều kiện xuất xâm thực vật thể dạng ngư lôi .27 2.2.4 Đặc tính xâm thực 28 ỨNG DỤNG CFD TÍNH TỐN VÀ MÔ PHỎNG XÂM THỰC TRÊN VẬT THỂ GẮN MŨI TAM GIÁC 29 i 3.1 Trình tự tính tốn Ansys Flow (CFX) 29 3.2 Xây dựng mơ hình tốn phương pháp tính .30 3.2.1 Xây dựng mơ hình toán 30 3.2.1 Phương pháp tính tốn 31 3.2 Đặt điều kiện biên toán 34 3.1 Kết mô xâm thực vật thể gắn mũi tam giác 35 3.1.1 Phân bố đường dòng qua mũi tam giác nguyên mẫu 35 3.1.2 Ảnh hưởng mũi tam giác cong tới phát triển xâm thực 38 ỨNG DỤNG CFD TÍNH TỐN MƠ PHỎNG XÂM THỰC TRÊN NGƯ LÔI 42 4.1 Mơ xây dựng đặc tính xâm thực tốn 2D 42 4.1.1 Vấn đề tính toán 42 4.1.2 Xây dựng mơ hình phương pháp tính tốn Ansys Flow .43 4.1.3 Kết mơ xây dựng đặc tính xâm thực tốn 2D 47 4.2 Mô xây dựng đặc tính xâm thực tốn 3D 57 4.2.1 Xây dựng mơ hình tính tốn thiết lập điều kiện biên toán 57 4.2.2 Kết tính tốn đánh giá .60 4.3 Phân tích đánh giá 64 - Kết luận kết nghiên cứu; .66 - Hướng nghiên cứu phát triển tiếp 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 70 ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CFD : Ứng dụng phương pháp số tính tốn động lực học dòng chảy CF : Hệ số lực cản ma sát CP : Hệ số lực cản áp suất CW : Hệ số lực cản sóng CVP : Hệ số lực cản hình dáng CV : Hệ số lực cản nhớt CD : Hệ số lực cản D : Lực cản chiếu theo phương chuyển động Dm : Đường kính lớn vết xâm thực Dcav : Đường kính vết xâm thực Dtor : Đường kính thân ngư lôi h : Độ sâu hoạt động Lcav : Chiều dài vết xâm thực pbh : Áp suất bão hòa nước biển Poutlet : Áp suất đầu RB : Bán kính bọt khí xâm thực RF : Lực cản ma sát RP : Lực cản áp suất RW : Lực cản sóng RVP : Lực cản hình dáng RV : Lực cản nhớt S : Diện tích tác dụng U : Vận tốc dịng ngồi V : Vận tốc ngư lôi Vinlet : Vận tốc đầu vào iii  : Chiều dày lớp biên  : Số xâm thực  : Khối lượng riêng chất lỏng  : Độ nhớt động học  : Độ nhớt động lực học iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Kết tính tốn hệ số lực cản CD 54 Bảng Thơng số tính tốn hệ số lực cản CD 63 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1 Ảnh hưởng mũi dạng đĩa trịn tới việc hình thành xâm thực Hình Ảnh hưởng số loại mũi tới việc hình thành xâm thực Hình Ảnh hưởng kết cấu mũi hình nón tới việc hình thành xâm thực Hình Mơ tả tượng siêu xâm thực Hình Hiện tượng siêu xâm thực ngư lơi nhờ hình dáng kết cấu thân Hình Hiện tượng siêu xâm thực xảy ngư lơi Shkval VA111 Hình Ngư lơi Shkval VA111 bố trí lỗ khí gas phần mũi ngư lơi .8 Hình Mũi dạng côn cải tiến với dạng côn lồi dạng lõm Hình Mơ hình ngư lơi Set53M cải tiến với mũi dạng côn lồi mũi dạng côn lõm 10 Hình Lớp biên dịng .11 Hình 2 Chiều dày dịch chuyển lớp biên 12 Hình Chiều dày dịch chuyển lớp biên 14 Hình Các vùng lớp biên .15 Hình Điểm tách thành lớp biên 19 Hình Mặt phân cách pha lỏng-hơi 24 Hình Dịng chảy bao quanh ngư lơi 27 Hình Sơ đồ tính tốn Ansys Flow (CFX) 29 Hình Kích thước mơ hình tính khơng gian tính tốn 30 Hình 3 Chia lưới vùng khơng gian tính 30 Hình Mũi tam giác nguyên mẫu dạng lồi, lõm 31 Hình Phân bố đường dịng qua vật thể gắn mũi nguyên mẫu 35 Hình Phân bố áp suất phía sau mũi tam giác nguyên mẫu .36 Hình Phân bố pha vật thể gắn mũi tam giác nguyên mẫu 36 Hình Phân bố pha theo CFD theo thực nghiệm 37 vi Hình So sánh Lcav/D tính tốn CFD thực nghiệm .37 Hình 10 So sánh Dcav/D tính tốn CFD thực nghiệm .37 Hình 11 Kích thước xâm thực ứng với mũi tam giác nguyên mẫu .38 Hình 12 Mối quan hệ số xâm thực  đường kính vết xâm thực Dcmax .39 Hình 13 Mối quan hệ số xâm thực  chiều dài vết xâm thực L .40 Hình 14 Mối quan hệ góc  hệ số lực cản CD 40 Hình 15 Phân bố pha vật thể gắn mũi nguyên mẫu, mũi lồi 41 Hình 16 Mối quan hệ số xâm thực  hệ số lực cản ma sát thân Cf .41 Hình Mơ hình ngư lôi nguyên mẫu SET 53M mẫu ngư lôi tối ưu .43 Hình Trình tự mơ động lực học FluidFlow (Fluent CFX) 44 Hình Mẫu ngư lơi ngun mẫu tiến hành chia lưới Meshing 45 Hình 4 Mẫu ngư lôi tiến hành đặt điều kiện biên cho tốn 46 Hình Mẫu ngư lơi tiến hành tính tốn CFX .46 Hình Phân bố đường dịng qua ngư lơi ngun mẫu Set53M 47 Hình Phân bố đường dịng qua ngư lôi với gắn mũi tam giác lõm R165 47 Hình Phân bố đường dịng qua ngư lôi với gắn mũi tam giác lồi R165 48 Hình Phân bố đường dịng qua ngư lơi với gắn mũi tam giác lõm R200 48 Hình 10 Phân bố đường dịng qua ngư lơi với gắn mũi tam giác lồi R200 48 Hình 11 Phân bố đường dịng qua ngư lơi với gắn mũi tam giác lõm R240 49 Hình 12 Phân bố đường dịng qua ngư lơi với gắn mũi tam giác lồi R240 49 Hình 13 Phân bố pha ngư lôi nguyên mẫu Set53M 50 Hình 14 Phân bố pha ngư lôi Set53M gắn mũi lõm R165 50 Hình 15 Phân bố pha ngư lôi Set53M gắn mũi lồi R165 50 Hình 16 Phân bố pha ngư lơi Set53M gắn mũi lõm R200 51 Hình 17 Phân bố pha ngư lôi Set53M gắn mũi lồi R200 51 Hình 18 Phân bố pha ngư lôi Set53M gắn mũi lõm R240 51 Hình 19 Phân bố pha ngư lôi Set53M gắn mũi lồi R240 52 Hình 20 Mối quan hệ số xâm thực  chiều dài vết xâm thực Lcav 52 vii Hình 21 Mối quan hệ số xâm thực  đường kính vết xâm thực Dcav .53 Hình 22 Mối quan hệ số xâm thực  hệ số lực cản CD 55 Hình 23 Vùng không gian khảo sát ngư lôi nguyên mẫu Set53M 57 Hình 24 Vùng khơng gian khảo sát ngư lôi với kết cấu mũi lồi 58 Hình 25 Chia lưới mơ hình ngư lơi ngun mẫu Set53M 58 Hình 26 Chia lưới mơ hình ngư lơi với kết cấu mũi lồi 58 Hình 27 Phân bố đường dịng qua ngư lơi ngun mẫu Set53M 60 Hình 28 Phân bố đường dịng qua ngư lơi tối ưu hóa với kết cấu mũi lồi 60 Hình 29 Phân bố pha ngư lôi nguyên mẫu Set53M ngư lơi .61 Hình 30 Mối quan hệ số xâm thực  chiều dài vết xâm thực Lcav 62 Hình 31 Mối quan hệ số xâm thực  hệ số lực cản CD 64 Hình A Sơ đồ bố trí ngư lơi hạng nhẹ MTT Nga 73 Hình A Ngư lơi MK48 74 Hình A Ngư lơi Tigerfish 75 Hình A Ngư lơi spearfish 75 Hình A Ngư lôi СЭТ-65Е .76 Hình A Chuyển động (trên) cấu tạo (dưới) ngư lôi tên lửa Squall 77 Hình A Ngư lơi SET - 40 UE 80 Hình A Ngư lơi SET – 53M 81 Hình A Ngư lơi ТЭ-2-01 .83 viii ... - NGUYỄN VĂN DUYỀN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH XÂM THỰC CỦA VẬT THỂ CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO NGẦM DƯỚI NƯỚC BẰNG MÔ PHỎNG SỐ LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA... siêu xâm thực xảy 1.2 Vấn đề nghiên cứu 1.2.1 Đặc tính xâm thực vật thể có mũi dạng mũi cải tiến Nghiên cứu tính tốn làm thực nghiệm dòng xâm thực bao quanh vật thể đối xứng có mũi dạng [26] Nghiên. .. từ tượng xâm thực - Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: +) Mục đích nghiên cứu: Ứng dụng phương pháp số thực tính tốn mơ xây dựng đặc tính xâm thực cho vật thể ngư lơi