Nghiên cứu tối ưu vách ngăn xi téc để nâng cao tính năng động lực học của so7mi rơ moóc chở xăng

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN MINH TÀI NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VÁCH NGĂN XI-TÉC ĐỂ NÂNG CAO TÍNH NĂNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SƠMI RƠ-MOÓC CHỞ XĂNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019 ii CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS HỒNG ĐỨC THÔNG Cán chấm nhận xét 1: TS TRẦN HỮU NHÂN Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS NGUYỄN NGỌC DŨNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 11 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Chủ tịch hội đồng: PGS.TS NGUYỄN NGỌC DŨNG Thư ký hội đồng: TS TRẦN ĐĂNG LONG Phản biện 1: TS TRẦN HỮU NHÂN Phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN NGỌC DŨNG Ủy viên: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTGT iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN MINH TÀI MSHV: 7140923 Ngày, tháng, năm sinh: 12/09/1984 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí – Động lực Mã số: 60520116 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VÁCH NGĂN XI-TÉC ĐỂ NÂNG CAO TÍNH NĂNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SƠMI RƠ-MOÓC CHỞ XĂNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu vách ngăn xi-téc để nâng cao tính động lực học sơmi rơ-mc chở xăng - Trình bày mơ hình tính tốn mà Ansys Fluent có để đánh giá, phân tích tính động lực học sơmi rơ-moóc chở xăng - Tiến hành mơ động lực học sơmi rơ-mc chở xăng với mơ hình tính tốn - Phân tích kết tính tốn mơ từ lựa chọn vách ngăn xi-téc phù hợp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/08/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HỒNG ĐỨC THÔNG TP HCM, ngày 11 tháng 01 năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KTGT iv LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến sĩ Hồng Đức Thơng tận tình hướng dẫn chuyên môn định hướng cho suốt trình làm đề tài Xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM tạo điều kiện để thực luận văn Đồng thời cảm ơn tất quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Giao Thông Bộ mơn Ơ tơ - Máy Động Lực hỗ trợ chia sẻ kinh nghiệm, giúp đỡ suốt trình học tập thực đề tài tốt nghiệp Xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè tạo động lực hỗ trợ nhiều mặt để tơi hồn thành khóa học Đề tài hoàn thành theo yêu cầu đặt ban đầu, nhiên cịn hạn chế, thiếu sót Vì vậy, tơi mong nhận ý kiến đóng góp chân thành từ tất q thầy cơ, chun gia bạn để đề tài hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn Học viên Trần Minh Tài v TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, vấn đề an tồn vận hành xe tải nói chung xe chuyên dùng nói riêng người quan tâm, đặc biệt sơmi rơ-moóc chở xăng Khi sơmi rơ-moóc chở xăng chuyển động đường chở nhiên liệu xi-téc, tùy thuộc vào khối lượng hay thể tích nhiên liệu chứa xi-téc mà mức độ ổn định mức độ an toàn xe khác Động học chất lỏng chứa bên xi-téc làm giảm khả ổn định sơmi rơ-moóc chở xăng Động học chất lỏng chứa bên xitéc phụ thuộc lớn đến hình dạng số lượng vách ngăn bên xi-téc chứa Các vách ngăn thiết kế lắp đặt nâng cao tính nâng ổn định xe chuyển động, phanh quay vịng Vì tác giả ứng dụng phần mềm mô Ansys Fluent để đánh giá tính ổn định sơmi rơ-mc chở xăng Đồng thời so sánh giải pháp khác nhằm tìm phương án nâng cao tính ổn định sơmi rơmoóc chở xăng Kết nghiên cứu luận văn đóng góp phần cho nghiên cứu phát triển hồn thiện mơ sau ABSTRACT At present, safety issues when operating trucks in general and special vehicles in particular are being paid great attention to, especially semi-trailers When trailers carry gasoline moving on the road carrying fuel in the tank, depending on the volume or volume of fuel contained in the tank, the stability and safety level of the vehicle is also different The kinetics of the liquid contained in the tank will reduce the stability of the petrol trailer The kinetics of the liquid contained in the tank depends greatly on the shape and number of partitions inside the tank The partitions, if properly designed and installed, will enhance stability when the vehicle moves, brakes and turns Therefore, the author has applied Ansys Fluent simulation software to evaluate the stability of petrol trailers At the same time, compare different solutions to find out the plan to improve the stability of gasoline trailers The results of the dissertation research contribute to the research and development of the later simulations vi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân thực hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Hồng Đức Thông Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực, tài liệu tham khảo trích dẫn rõ ràng Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Trần Minh Tài MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5.1 Tính cấp thiết đề tài 1.5.2 Ý nghĩa khoa học 1.5.3 Ý nghĩa thực tiễn 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Kết dự kiến CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SƠMI RƠ-MOÓC VÀ XI TÉC KCT G43-BX40-02 2.1 Thơng số bố trí chung 2.2 Trọng lượng, tải trọng SMRM Xi-téc .14 2.3 Xác định tọa độ trọng tâm .15 2.3.1 Tọa độ trọng tâm SMRM xi téc theo chiều dọc 15 2.3.2 Trọng tâm đoàn xe theo phương thẳng đứng 16 2.4 Tính tốn ổn định kiểm tra tính ổn định 17 2.4.1 Góc giới hạn lật đồn xe quay đầu lên dốc .18 2.4.2 Góc giới hạn lật quay đầu xuống dốc 18 2.4.3 Góc giới hạn lật đường nghiêng ngang 18 2.4.4 Vận tốc chuyển động giới hạn SMRM quay vịng với bán kính Rmin .19 CHƯƠNG 3: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 3.1 Cơ sở lý thuyết .20 3.1.1 Phương pháp số .20 3.1.2 Phương pháp sai phân hữu hạn .23 3.1.3 Phương pháp thể tích hữu hạn .24 vii 3.2 Ứng xử chất lỏng 26 3.3 Các mơ hình tính tốn 29 3.4 Xây dựng phương trình tính tốn 37 3.4.1 Phương trình đại diện 38 3.4.2 Phương trình đại diện nhiều pha 39 3.5 Phân tích tính tốn 42 3.5.1 Giới thiệu tảng .42 3.5.2 Tính tốn động học chất lỏng 43 3.6 Kết luận 44 CHƯƠNG 4: TIẾN HÀNH MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 45 4.1 Các thông số mô 45 4.1.1 Thông số ban đầu điều kiện biên .45 4.1.2 Các trường hợp mô 45 4.2 Thuật tốn tính tốn .46 4.3 Tiến hành mơ tính tốn 47 4.3.1 Tạo mơ hình chia lưới (ANSYS) 47 4.3.2 Thiết lập điều kiện hoạt động tính tốn (FLUENT+VS2017) 48 4.3.3 Xuất kết (ANSYS) 53 4.3.4 Tính tọa độ trọng tâm chất lỏng (EXCEL) 54 4.3.5 Các kết đạt .54 4.4 Phân tích đánh giá kết mơ 56 4.4.1 Thể tích chất lỏng chứa 50% xi téc 56 4.4.2 Thể tích chất lỏng chứa 70% xi téc 58 4.4.3 Thể tích chất lỏng chứa 90% xi téc 59 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 60 5.1 Kết luận 60 5.2 Hướng phát triển đề tài 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Đối tượng nghiên cứu Hình 2.1 Thơng số bố trí chung Hình 2.2 Sơ đồ xác định phân bố tải trọng lên SMRM xi-téc 14 Hình 3.1 Mơ hình bán tĩnh thùng chứa phần chất lỏng 32 Hình 3.2 Momen vị trí “c” tính tốn điểm “O” thùng chứa 37 Hình 3.3 Kết cấu thùng chứa 37 Hình 3.4 Mơ hình VOF 40 Hình 4.1 Số lượng vách 3; 4; ứng với chiều cao vách 40% 45 Hình 4.2 Thuật tốn tính tốn 46 Hình 4.3 Chạy Ansys tạo mơ hình 47 Hình 4.4 Chia lưới mơ hình 47 Hình 4.5 Chạy Ansys Fluent Visual Studio 2017 48 Hình 4.6 Mở File.mesh tạo Ansys 48 Hình 4.7 Áp UDF chen mơ hình chuyển động lưới 49 Hình 4.8 Áp điều kiện biên 49 Hình 4.9 Nhập điều kiện ban đầu 50 Hình 4.10 Gán pha lỏng-khí 50 Hình 4.11 Chọn thơng số xuất kết Cell Volume Gasoil-VOF 51 Hình 4.12 Chạy chương trình mơ 51 Hình 4.13 Kiểm tra chuyển động pha lỏng-khí 52 Hình 4.14 Lưu kết File.dat File.cas 52 Hình 4.15 Xuất kết File.csv 53 Hình 4.16 Kết Cell Volume Gas Volume Fraction 53 Hình 4.17 Tính tọa độ trọng tâm chất lỏng thay đổi theo thời gian 54 Hình 4.18 Đồ thị mơ tính tốn 56 Hình 4.19 Chuyển động chất lỏng chứa 50% 57 Hình 4.20 Tọa độ trọng tâm dịch chuyển xcg = 0.1144 (m) 57 ix Hình 4.21 Chuyển động chất lỏng chứa 70% 58 Hình 4.22 Tọa độ trọng tâm dịch chuyển xcg = 0.0564 (m) 58 Hình 4.23 Chuyển động chất lỏng chứa 90% 59 Hình 4.24 Tọa độ trọng tâm dịch chuyển xcg = 0.2923 (m) 59 x 4.3 Tiến hành mơ tính tốn 4.3.1 Tạo mơ hình chia lưới (ANSYS) - Chạy Ansys tạo mơ hình: Hình 4.3: Chạy Ansys tạo mơ hình - Chia lưới mơ hình: Hình 4.4: Chia lưới mơ hình 47 4.3.2 Thiết lập điều kiện hoạt động tính tốn (FLUENT+VS2017) - Chạy Ansys Fluent với hỗ trợ Visual Studio 2017: Hình 4.5: Chạy Ansys Fluent Visual Studio 2017 - Chạy File.mesh thiết lập: Hình 4.6: Mở File.mesh tạo Ansys 48 - Áp UDF chèn mơ hình chuyển động lưới: Hình 4.7: Áp UDF chen mơ hình chuyển động lưới - Áp điều kiện biên: Hình 4.8: Áp điều kiện biên 49 - Nhập điều kiện ban đầu: Hình 4.9: Nhập điều kiện ban đầu - Gán pha: lỏng-khí: Hình 4.10: Gán pha lỏng-khí 50 - Chọn thơng số xuất kết quả: Hình 4.11: Chọn thông số xuất kết Cell Volume Gasoil-VOF - Hoạt động tính tốn: Hình 4.12: Chạy chương trình mô 51 - Kiểm tra chuyển động pha lỏng-khí: Hình 4.13: Kiểm tra chuyển động pha lỏng-khí - Lưu kết File.dat File.cas: Hình 4.14: Lưu kết File.dat File.cas 52 4.3.3 Xuất kết (ANSYS) - Xuất kết dạng File.csv: Hình 4.15: Xuất kết File.csv - Kết Cell Volume Gas Volume Fraction theo tọa độ: Hình 4.16: Kết Cell Volume Gas Volume Fraction 53 4.3.4 Tính tọa độ trọng tâm chất lỏng (EXCEL) - Tính tọa độ trọng tâm chất lỏng thay đổi theo thời gian: Hình 4.17: Tính tọa độ trọng tâm chất lỏng thay đổi theo thời gian 4.3.5 Các kết đạt - Tọa độ trọng tâm chất lỏng trạng thái tĩnh: Thể tích xi-téc chứa Tải trọng Phân lên chốt kéo Phân lên cụm cầu V (40 m3) Gt (kG) G1t (kG) G2t (kG) 100% 29600 12840 16760 90% 26640 11556 15084 70% 20720 8988 11732 50% 14800 6420 8380 - Khoảng cách từ trọng tâm chất lỏng đến chốt kéo: xGt  Trong đó: G2t L0 Gt L0 = 7930 (mm): Chiều dài sở Sơmi rơ-mc 54 Thay vào cơng thức ta tính được: xGt = 4490 (mm) - Tọa độ trọng tâm chất lỏng ứng với trường hợp mô phỏng: Xcg Gt G’1t G’2t G1t G2t % lệch % lệch (m) (kG) (kG) (kG) (kG) (kG) chốt kéo cụm cầu 5B40P70L 0.0263 20720 8919 11801 8988 11732 0.76% 0.59% 4B40P70L 0.1808 20720 8516 12204 8988 11732 5.26% 4.03% 3B50P90L 0.2281 26640 10790 15850 11556 15084 6.63% 5.08% 3B50P70L 0.3383 20720 8104 12616 8988 11732 9.83% 7.53% 3B50P50L 0.3037 14800 5853 8947 6420 8380 8.83% 6.76% 3B40P90L 0.2923 26640 10574 16066 11556 15084 8.50% 6.51% 3B40P70L 0.0564 20720 8841 11879 8988 11732 1.64% 1.26% 3B40P50L 0.1144 14800 6206 8594 6420 8380 3.33% 2.55% 3B30P90L 0.3307 26640 10445 16195 11556 15084 9.61% 7.37% 3B30P70L 0.5184 20720 7633 13087 8988 11732 15.07% 11.55% 3B30P50L 1.1219 14800 4326 10474 6420 8380 32.61% 24.99% Trong đó: xcg - (m): Khoảng cách thay đổi tọa độ trọng tâm chất lỏng lớn G’1t - (kG): Trọng tải phân lên chốt kéo chất lỏng dao động G’2t - (kG): Trọng tải phân lên cụm cầu chất lỏng dao động 5B40P70L: Trường hợp vách, chiều cao vách 40%, chất lỏng chứa 70% 4B40P70L: Trường hợp vách, chiều cao vách 40%, chất lỏng chứa 70% 3B50P90L: Trường hợp vách, chiều cao vách 50%, chất lỏng chứa 90% 3B50P70L: Trường hợp vách, chiều cao vách 50%, chất lỏng chứa 70% 3B50P50L: Trường hợp vách, chiều cao vách 50%, chất lỏng chứa 50% 3B40P90L: Trường hợp vách, chiều cao vách 40%, chất lỏng chứa 90% 55 3B40P70L: Trường hợp vách, chiều cao vách 40%, chất lỏng chứa 70% 3B40P50L: Trường hợp vách, chiều cao vách 40%, chất lỏng chứa 50% 3B30P90L: Trường hợp vách, chiều cao vách 30%, chất lỏng chứa 90% 3B30P70L: Trường hợp vách, chiều cao vách 30%, chất lỏng chứa 70% 3B30P50L: Trường hợp vách, chiều cao vách 30%, chất lỏng chứa 50% 4.4 Phân tích đánh giá kết mơ - Từ kết ta thấy độ lệch trọng tải chất lỏng phân lên chốt kéo phân lên cụm cầu cho kết cấu vách ngăn (số lượng vách; chiều cao vách 40%) < 10% Vì ta chọn vách ngăn có số lượng vách; chiều cao vách 40% (tương ứng 0,4x1960  785 mm) - Các kết mô cho trường hợp số vách ngăn vách, chiều cao vách 40%: 4.4.1 Thể tích chất lỏng chứa 50% xi téc Hình 4.18: Đồ thị mơ tính tốn 56 Hình 4.19: Chuyển động chất lỏng chứa 50% Hình 4.20: Tọa độ trọng tâm dịch chuyển x cg = 0.1144 (m) 57 4.4.2 Thể tích chất lỏng chứa 70% xi téc Hình 4.21: Chuyển động chất lỏng chứa 70% Hình 4.22: Tọa độ trọng tâm dịch chuyển x cg = 0.0564 (m) 58 4.4.3 Thể tích chất lỏng chứa 90% xi téc Hình 4.23: Chuyển động chất lỏng chứa 90% Hình 4.24: Tọa độ trọng tâm dịch chuyển x cg = 0.2923 (m) 59 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Đề tài thực “NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VÁCH NGĂN XI-TÉC ĐỂ NÂNG CAO TÍNH NĂNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SƠMI RƠ-MC CHỞ XĂNG” Kết nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng dao động gây chất lỏng xi-téc đến ổn định sơmi rơ-moóc chuyển động thẳng tiến theo phương dọc đường Trình bày mơ hình tính tốn mà Ansys Fluent có để đánh giá, phân tích tính động lực học sơmi rơ-mc chở xăng Tiến hành mơ động lực học sơmi rơ-moóc chở xăng với mơ hình tính tốn phù hợp Từ phân tích kết tính tốn mơ lựa chọn kết cấu vách ngăn xi-téc phù hợp 5.2 Hướng phát triển đề tài Trong trình nghiên cứu, thời gian có hạn giới hạn nội dung đề tài nên tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng dao động gây chất lỏng xi-téc đến ổn định sơmi rơ-moóc chuyển động thẳng tiến theo phương dọc đường có đưa mơ hình chuyển động phanh Đây sở tài liệu tham khảo cho nghiên cứu ảnh hưởng dao động gây chất lỏng xi-téc đến ổn định sơmi rơ-mc chuyển động phanh quay vịng đường 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rangananthan, R (1990) "Stability analysis and directional response characteristics of heavy vehicles carrying liquid cargo" Ph.D thesis, Concordia University, Montreal, Canada [2] Fluent User's Guide " Section 22.3.1" [3] Modaressi, K (2004) "Analysis of transient liquid slosh inside a partly filled tank subjected to lateral and longitudinal acceleration fields " M.A.S.C thesis, Department of Mechanical and Industrial Engineering, Concordia University, Montreal, Canada [4] Yan, G (2008), "Liquid slosh and its influence on braking and roll responses of partly filled tank vehicles" Ph.D thesis, Department of Mechanical and Industrial Engineering, Concordia University, Montreal, Canada [5] Abramson, R (1978) "liquid sloshing dynamics theory and applications" NASA, NASA SP-106 [6] Budiansky, B (1960) "Sloshing of liquids in circular canals and spherical tanks" Journal of the Aerospace sciences, vol 27, no pp 161-173 [7] Abramson, H.N., Chu, W.H and Kana, D.D (1966) "Some studies of nonlinear lateral sloshing in rigid containers" Journal of Applied Mechanics, Transactions of the ASME, vol.33, no.4, pp.777-784 [8] Wang, J.P., Borthwick, A.G.L and Taylar, R.E (2004) "Finite-volume-type VOF method on dynamically adaptive quadtree grids" International Journal for Numerical Methods in Fluids, vol.45, pp 485-508 [9] Thileepan Kandasamy (2008) "Analysis of Baffles Design for Limiting Fluid Slosh in Partly Filled Vehicle Tanks" Model Development And Method of Analysis, pp 21-34 [10] Rohit Suyal (2016) "Cfd Analysis Of Fuel Sloshing In A Cylindrical Tankwith And Without Baffles Under Linear Acceleration" Mathematical Formulation, pp 17-22; Computational Analysis, pp 23-29 61 ... Động lực Mã số: 60520116 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VÁCH NGĂN XI- TÉC ĐỂ NÂNG CAO TÍNH NĂNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SƠMI RƠ-MOÓC CHỞ XĂNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu vách ngăn xi- téc để. .. chọn vách ngăn xi- téc thích hợp nhất, đảm bảo tính ổn định xe vận hành 1.4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu vách ngăn xi- téc để nâng cao tính động lực học sơmi rơmc chở xăng theo chuyển động. .. mặt trước hàn - Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu sơmi rơ- mc chở xăng G43-BX40-02 Nghiên cứu vách ngăn xi- téc để nâng cao tính động lực học sơmi rơ- moóc chở xăng theo chuyển động dọc Tìm hiểu ứng dụng