5. Phương pháp nghiên cứu
3.6 Kết quả mô phỏng
3.6.1Kết quả mô phỏng số của xe buýt
a) Phân bố vận tốc
Hình 3.13 – 3.14 là hình ảnh phân bố vận tốc của dòng khí bao quanh xe tại mặt phẳng đối xứng của xe. Hình 3.13 là hình ảnh phân bố vận tốc của dòng khí xung quanh xe tại các vận tốc khác nhau từ 1,39 m/s đến 33,33 m/s. Các hình ảnh này cho thấy có hai vùng vận tốc có sự sáo trộn đó là vùng đầu xe và đuôi xe, đấy cũng chính là những vùng có xuất hiện xoáy của dòng khí bao quanh xe.
v=1,36 m/s v=2,78 m/s
v=5,56 m/s v=11,11 m/s
v=16,67 m/s v=22,22 m/s
v=27,78 m/s v=33,33 m/s
55
Hình 3.14 thể hiên sự phân bố cường độ xoáy của dòng khí bao quanh thân xe tại vận tốc giả định 38,9 m/s (140 km/h). Hình 3.14 cho ta thấy sự xuất hiện của 3 vùng tạo xoáy xung quanh khung xe đó là phía đầu gầm xe (vùng 1) phía đầu trên trần xe (vùng 2) và phía đuôi xe (vùng 3). Hình vẽ này cũng cho ta thấy cường độ xoáy ở phía đuôi xe là lớn nhất. Điều đó có thể được lý giải là do có sự giảm diện tích đột ngột tại vùng đuôi nên quá trình di chuyển của dòng khí bao quanh xe đến đây bị thay đổi hướng đột ngột và tạo sự lộn xộn hướng, đó chính là nguyên nhân của sự hình thành xoáy.
Hình 3.14 Hình ảnh vận tốc của dòng khí quanh xe buýt
b) Phân bố áp suất
Hình 3.15 là hình ảnh phân bố áp suất của dòng khí bao quanh xe tại mặt phẳng đối xứng với các vận tốc khác nhau của xe, vận tốc từ 1,39 m/s đến 33,33 m/s.
56
v=1,39 m/s v=2,78 m/s
v=5,56 m/s v=11,11 m/s
v=16,67 m/s v=22,22 m/s
v=27,78 m/s v=33,33 m/s
Hình 3.15 Phân bố áp suất của dòng khí bao quanh xe buýt
Hình 3.16 thể hiện phân bố áp suất của dòng khí xung quanh xe tại vận tốc chuyển động giả định của xe là 38,9 m/s (140 km/h). Hình vẽ cho ta thấy áp suất ở phía đầu xe là lớn nhất đây cũng chính là phần diện tích chính diện của xe chịu tác động lớn nhất của khối khí khi đi vào xe. Vùng đầu, đuôi của trần xe và phía sau đuôi xe xuất hiện áp xuất thấp hơn áp xuất khí quyển (áp xuất chân không). Chính sự sụt áp này là nguyên nhân gây sự sáo trộn vận tốc dòng khí và tạo nên xoáy.
57
Hình 3.16 Hình ảnh áp suất của dòng khí quanh xe buýt
c) Lực cản không khí
Bảng 3.3 và Hình 3.17 dưới biểu thị các đồ thị lực cản không khí của xe buýt thu được từ các kết quả tính toán lực cản không khí của xe theo phương pháp lý thuyết truyền thống và theo phương pháp mô phỏng số CFD. Trong tính toán lý thuyết ta lấy hệ số lực cản không khí của xe buýt CA=0.65. Trong Hình 3.17, trục tung biểu thị giá trị lực cản không khí toàn phần [N] tương ứng với vận tốc chuyển động của xe trên trục hoành [m/s].
Bảng 3.3 Lực cản không khí xe buýt theo tính toán lý thuyết và mô phỏng
v [m/s] 0 1.39 2.78 5.56 11.11 16.67 22.22 27.78 33.33 38.89 44.44 FA [N] lý thuyết 0 7 27 108 431 970 1725 2695 3881 5282 6897 FA [N] CFD 0 7 27 106 428 948 1692 2628 3783 5171 6757 Bảng 3. 4 Hệ số lực cản không khí xe buýt v [m/s] 0 1.39 2.78 5.56 11.11 16.67 22.22 27.78 33.33 38.89 44.44 CA 0 0.86 0.83 0.81 0.82 0.81 0.81 0.81 0.81 0.81 0.81
58
Hình 3.17 Lực cản không khí của xe buýt
Trong phương pháp mô phỏng số CFD, ngoài việc tính toán được lực cản không khí tổng hợp chúng ta còn có thể xác định được các thành phần lực cản không khí: thành phần lực cản do áp suất và thành phần lực cản do ma sát nhớt. Hình 3.18 biểu thị đồ thị các lực cản thành phần của lực cản không khí của xe buýt thu được trong mô phỏng số.
59
Hình 3.19 là đồ thị lực nâng của xe buýt thu được trong kết quả mô phỏng số. Trong hình vẽ này, trục tung biểu thị giá trị lực nâng xe [N] tương ứng với vận tốc chuyển động của xe trên trục hoành [m/s]. Kết quả mô phỏng về lực nâng cho ta thấy thành phần lực nâng rất bé so với trọng lượng của xe. Ví dụ, khi xe chạy với tôc độ lớn nhất theo thiết kế là 27,78 m/s (tương đương với 100 km/h) thì lực nâng xe là 413N. So với trọng lượng của xe là 54936N thì giá trị lực nâng không ảnh hưởng đến độ bồng bềnh của xe, hay nói cách khác xe có độ bám đường và ổn định cao trong quá trình di chuyển.
Hình 3.19 Lực nâng xe buýt