5. Phương pháp nghiên cứu
1.4 Lực cản không khí
Như chúng ta đã biết, khi một chiếc xe chuyển động trong môi trường không khí sẽ chịu tác động của lực khí động.
Lực này tác động vào ôtô có phương bất kỳ phụ thuộc vào hướng gió và có độ lớn phụ thuộc vào diện tích cản chính diện của ôtô, hệ số cản khí động và bình phương của vận tốc tuyệt đối giữa dòng khí và ôtô.
Hệ số cản khí động phụ thuộc rất nhiều vào hình dáng khí động, độ bóng của bề mặt vỏ và các góc cạnh của ôtô. Lực khí động ảnh hưởng lớn đến chất lượng động lực học, an toàn và độ ồn của ôtô trong quá trình chuyển động trên đường.
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động tác động lên ôtô theo quan điểm động lực học, người ta tách lực khí động thành 3 thành phần chính:
Thành phần có phương song song với bề mặt đường chính là lực cản không khí. Đây được coi là thành phần chính của lực khí động vì xe chuyển động theo phương này nên vận tốc tuyệt đối giữa dòng khí và xe là lớn nhất. Đối với vỏ xe có sự hạ thấp đột ngột phía sau sẽ tạo xoáy lốc cho dòng khí và làm tăng hệ số cản không khí, chẳng hạn dòng xe BUS, SUV sẽ có hệ số cản không khí lớn hơn dòng xe SEDAN.Để khắc phục trở ngại đó, ngày nay các hãng đều thiết kế phần đuôi bằng những nét vuốt thon theo quỹ đạo chuyển động, khiến dòng khí tuần tự thoát ra phía sau xe mà không hình thành bất cứ điểm xoáy cục bộ nào.
20
Hình 1.11Hình ảnh vùng xoáy
Thành phần có phương vuông góc với bề mặt đường sẽ tạo lực nâng xe nếu hướng của lực lên phía trên. Điều này làm giảm khả năng bám của xe với bề mặt đường, gây mất an toàn trong quá trình chuyển động, hoặc sẽ làm tăng khả năng bám của xe nếu hướng của lực xuống phía dưới. Lực theo phương này phụ thuộc khá nhiều vào bề mặt của phần gầm xe, đặc biệt là phía mũi và phía đuôi xe.
Thành phần có phương ngang (vuông góc với mặt phẳng dọc xe) sẽ gây mất an toàn cho xe. Thành phần lực này thường là nhỏ nhất, trừ phi chúng ta đi vào vùng giông bão.
Trên cơ sở thực nghiệm người ta thiết lập được công thức tính lực cản không khí như sau: 2 A A 1 F A C v 2 ρ = Trong đó, A: diện tích cản chính diện CA: hệ số cản không khí ρ: mật độ không khí
V: vận tốc chuyển động tương đối của xe so với không khí
Đối với từng loại xe có hình dáng khác nhau thì hệ số cản không khí cũng khác nhau. Qua nghiên cứu, thực nghiệm người ta đưa ra được hệ số cản không khí như sau:
- Ô tô tải: 0.06-0.07
21 - Ô tô buýt: 0.04-0.06
22
CHƯƠNG II PHẦN MỀM MÔ PHỎNG
2.1Sơ lược về phần mềm
ANSYS Fluent là một phần mềm với những khả năng mô hình hóa một cách rộng rãi các đặc tính vật lý cho mô hình dòng chảy chất lưu, rối, trao đổi nhiệt và phản ứng được áp dụng trong công nghiệp từ dòng chảy qua cánh máy bay đến sự cháy trong 1 lò lửa, từ các cột bọt khí đến các đệm dầu, từ dòng chảy của các mạch máu cho đến việc chế tạo các vật liệu bán dẫn và từ thiết kế các căn phòng sạch cho đến các thiết bị xử lí nước thải. Các mô hình đặc biệt giúp cho phần mềm có khả năng mô hình hóa buồng cháy động cơ cylinder, khí động học sự truyền âm, máy cánh và các hệ thống đa pha nhằm phục vụ cho việc mở rộng khả năng của phần mềm.
Hình 2.1 Động cơ đốt trong được mô hình hóa bằng ANSYS Fluent
Ngày nay, hàng ngàn công ty trên thế giới đã thu được lợi nhuận lớn từ việc sử dụng ANSYS Fluent để phân tích những thiết kế của họ và việc tối ưu hóa quá trình phát triển sản phẩm. Các bộ giải kỹ thuật tiên tiến giúp đưa ra những kết quả CFD nhanh và chính xác, lưới chuyển động hay biến dạng và khả năng tăng tốc chạy song song. Các chức năng người dùng định nghĩa cho phép bổ sung những mô hình
23
mới hay những tương tác người dùng trên mô hình đang tồn tại. Những khả năng thiết lập bộ giải tương tác, quá trình giải và hậu xử lý của ANSYS Fluent làm cho dễ dàng có thể tạm dừng tính toán, kiểm tra kết quả với quá trình hậu xử lý đã được phân tích, thay đổi bất cứ thiết lập nào và sau đó tiếp tục tính toán với từng ứng dụng. Các tệp dữ liệu và các trường hợp tính có thể được đọc vào ANSYS CFD- Post với mục đích phân tích kĩ hơn bằng các công cụ xử lý kết quả tiên tiến. Ta có thể xem xét đánh giá song song các trường hợp khác nhau.
Sự sát nhập của ANSYS Fluent vào ANSYS Workbench sẽ cung cấp cho người sử dụng với 2 hướng kết nối tới toàn bộ hệ thống CAD, xây dựng và thay đổi về hình học một cách hữu hiệu với ANSYS DesignModeler , và những công nghệ chia lưới tiên tiến trong ANSYS Meshing. Những chức năng cơ bản này cũng cho phép dữ liệu và kết quả được chia sẻ giữa các ứng dụng bằng cách kéo và thả dễ dàng, cho tới việc sử dụng một phép giải dòng chảy chất lỏng với các điều kiện biên của mô phỏng về kết cấu cơ khí.
Sự kết hợp của những lợi ích này với hàng loạt các khả năng mô hình hóa mô hình vật lý và những kết quả CFD nhanh chóng, chính xác, phần mềm ANSYS Fluent cung cấp các kết quả dưới dạng một trong những gói phần mềm toàn diện nhất cho quá trình mô hình hóa CFD trên thế giới hiện nay.