Xem xét thiết bị đẩy gồm bơm hƣớng trục đƣợc dẫn động nhờ trục nối với động cơ điện và vỏ của thiết bị đẩy (hình 3.2).
Đối tƣợng mô phỏng là dòng chất lỏng chuyển động trong thiết bị đẩy (nƣớc). Nhận thấy rằng khi dòng chảy là ổn định và nằm ngoài vùng cánh, không có sự tƣơng tác giữa chất lỏng và cánh bơm thì việc tính áp suất, vận tốc (trung bình) khá đơn giản dựa vào phƣơng trình Becnuly. Do đó, dòng chảy vào từ môi trƣờng ngoài cho đến trƣớc bơm và dòng ra khỏi bơm sẽ không đƣợc mô phỏng trong nội dung luận văn này. Ngoài ra, nếu thực hiện mô phỏng trên toàn bộ dòng chảy thì tài nguyên máy tính và thời gian không cho phép. Vì vậy chỉ mô phỏng dòng chuyển động trong bơm, nơi có sự tƣơng tác phức tạp của cánh (solid) và chất lỏng (liquid). Qua đó đánh giá các đặc tính thủy động lực học của bơm, đánh giá mức độ thiết kế và khả năng làm việc của thiết bị đẩy.
Nhƣ trên đã phân tích, việc tối ƣu khối lƣợng tính toán cũng khá quan trọng nhằm giảm thời gian tính toán, từ đó có thể thử nghiệm đƣợc nhiều mô hình khác nhau, khảo sát đƣợc nhiều điều kiện làm việc khác nhau của thiết bị đẩy. Với yêu
Bộ môn Máy và Tự động Thủy khí-Viện Cơ khí Động lực-Đại học BKHN 42
cầu nhƣ vậy, mô hình cần mô phỏng sẽ đƣợc cắt ra còn lại ¼ so với ban đầu (bơm có 4 cánh công tác), biên cắt sẽ bám theo cánh công tác (1 cánh) và 2 cánh hƣớng đƣợc nằm trong phần mô phỏng. Khi đó biên tuần hoàn (periodic boundary) đƣợc sử dụng. Đồng thời miền tính toán sẽ chỉ giới hạn đầu vào và đầu ra ở trƣớc và sau cánh khi dòng đã tƣơng đối ổn định (hình 3.3)
Mô hinh chia lưới
Chia lƣới trên phần mềm Ansys Meshing, lƣới không cấu trúc, dày nhất tại các vùng sát cánh công tác (8e-04m) và thƣa dần ra xa, lƣới trong vùng bánh công tác và cánh hƣớng dày hơn so với khối vào và khối ra, hình 3.4.
Thông số lưới: số phần tử là hơn 200.000, chỉ số skewness (độ méo ) 0.8
Một giả thiết đƣợc lƣu ý là mô phỏng sẽ không tính đến khe hở của cánh công tác và vỏ bơm. Điều này sẽ đảm bảo độ chính xác hơn so với khi tính đến cả khe hở. Theo công thức tính toán bơm khe hở giữa cánh công tác và vỏ là =D/1000. Với D=0,255 m thì ≈ 3e-04 m (0,3 mm) . Và nhận thấy rằng nhỏ hơn khá nhiều so với kích thƣớc nhỏ nhất của lƣới. Vì vậy để mô phỏng đƣợc dòng qua khe hở (nếu có) thì phải tăng khe hở lên (khoảng 5 lần) để máy tính thực hiện đƣợc. Khi đó khe hở lớn (so với thực tế) nên việc mô phỏng sẽ không đạt đƣợc kết quả chính xác mong muốn.
Hình 3.2: Mô hình bơm tia trong thiết bị đẩy
Bộ môn Máy và Tự động Thủy khí-Viện Cơ khí Động lực-Đại học BKHN 43
Hình 3.3:Mô hình mô phỏng 3D
Bộ môn Máy và Tự động Thủy khí-Viện Cơ khí Động lực-Đại học BKHN 44
Mô hình bài toán 2D
Với bài toán 2D, việc mô phỏng sẽ đƣợc thực hiện trên tiết diện trung tâm (TD3) Mô hình lƣới (profil trung tâm TD3 R=0.098 m), hình 3.5.
Chia lƣới mịn tại sát cánh công tác và cánh hƣớng, thƣa dần về 2 phía.