TAU HIEU CHINH
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5Fn Fn 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17
HE SO SUC CAN AP SUAT Cp [x1000]
TAU MAU 128 TEUTAU HIEU CHINH TAU HIEU CHINH
Đồng thời, nghiên cứu tiến hành đánh giá ảnh hưởng tuyến luồng sông biển dựa trên mối quan hệ giữa độ sâu luồng lạch và sức cản toàn tàu. Trong luận án này, tác giả phân loại ảnh hưởng độ sâu luồng lạch dựa trên tài liệu công bố của tổ chức Cảng - Đường thủy thế giới (PIANC), ITTC 2014 và TCVN 11419:2016, mô tả theo Bảng 5.6.
Bảng 5.6 Ảnh hưởng tuyến luồng sông biển dựa trên độ sâu luồng lạch
Mức độ Độ sâu luồng lạch Frh Ảnh hưởng tới tàu Luồng tiêu biểu tại Việt Nam Nước sâu H/T>3.0 0.4 Không ảnh
hưởng Cái Mép, Thị Vải Nước trung
bình 1.5< H/T <3.0
0.6 Đáng chú ý Soài Rạp Nước nông 1.2< H/T <1.5 0.73 Nghiêm trọng Hàm Luông
Hình 5.10 Trường áp suất & vận tốc tàu độ sâu không hạn chế (10 hải lý /giờ)
Hình 5.11 Trường áp suất & vận tốc tàu tại H/T = 1.6 (10 hải lý /giờ)
Hình 5.13 Hệ số sức cản nhớt & áp suất ảnh hưởng bởi độ sâu luồng lạch
Hình 5.14 Hệ số sức cản toàn tàu ảnh hưởng bởi độ sâu luồng lạch Dựa trên kết quả tính toán tại Hình 5.10-5.14, hệ số sức cản tàu tăng khi độ sâu tuyến luồng giảm là do trường gradient áp suất tăng dần dẫn đến sức cản toàn tàu tăng. Kết quả tính toán mô phỏng thể hiện rằng tàu mẫu container chạy tuyến luồng SB trong nghiên cứu này có độgia tăng sức cản rất lớn tương ứng hệ số Fn theo vận tốc lớn hơn 0.25 và tỉ lệđộ sâu luồng lạch H/T nhỏhơn 3.3.
Thảo luận:
Chương này đã thực hiện được các nội dung đánh giá sau:
• Đánh giá hiệu quả hình dáng tàu theo hàm mục tiêu sức cản dựa trên giải thuật tối ưu, từđó đề xuất thông sốhình dáng cơ bản gồm hoành độ tâm nổi LCB, hệ sốbéo lăng trụ Cp, hệ sốbéo sườn giữa CM và các hệ số hình dáng khác.
• Đánh giá mô hình toán NUBS của tuyến hình tàu container SB
- Xử lý mất liên tục khu vực đoạn thân ống, vùng mũi và lái tàu sau biến đổi Lackenby
- Tự động hóa làm trơn toàn cục đường cong hình dáng tàu SAC theo nghịch đảo ma trận không vuông trong luận án
• Đánh giá hình dáng tàu container SB có xét ảnh hưởng theo vùng nước có độ sâu hạn chế bằng công cụ tính toán mô phỏng số chuyên dụng
- Tại giá trị vận tốc thấp dưới 8 hải lý/giờ, tương ứng với hệ số Fn nhỏ hơn 0.16, việc ảnh hưởng tối ưu thông số hình dáng không đáng kể do sự nổi trội của thành phần lực cản nhớt.
- Tuy nhiên,với hệ số Fn lớn hơn 0.16 và nhỏ hơn 0.35, chênh lệch thành phần sức cản của hình dáng tàu trước và sau tối ưu tăng dần. Cụ thể tại giá trị vận tốc thiết kế lá 10 hải lý/giờ, tương ứng Fn là 0.19, hệ số sức cản sóng giảm 18.27 %, hệ số sức cản nhớt giảm 2.24 %, hệ số sức cản toàn tàu giảm 8.05 % so với tàu mẫu , thành phần sức cản tạo sóng giảm đáng kể khi vận tốc tàu tăng. Kết quả chứng tỏ hiệu quả của giải thuật tối ưu di truyền và mô hình toán NUBS trong luận án có thể áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ nhằm đề xuất hình dáng tàu container phù hợp tuyến luồng sông biển Việt Nam.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Luận án đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu đặt ra là nghiên cứu đề xuất hình dáng tàu chở container phù hợp tuyến luồng sông biển Việt Nam trong giai đoạn thiết kếsơ bộ. Kết quảđạt được của luận án thể hiện sự cải thiện sức cản và chất lượng hình học so với với tàu mẫu, bước đầu quá trình tích hợp tựđộng hóa thiết kế hình dáng cho nhóm tàu container sông biển cỡ nhỏdưới 5000 tấn, thể hiện qua những đóng góp khoa học và thực tiễn như sau.
• Hàm mục tiêu gồm thành phần sức cản ma sát, sức cản hình dáng và sức cản sóng chịu ảnh hưởng bởi sựthay đổi các hệ số hình dáng tàu. Diện tích mặt ướt, lượng chiếm nước, các hệ số hình dáng tàu được tính toán từ bảng trị số tuyến hình dựa trên tích phân hữu hạn đường cong diện tích sườn thay cho công thức kinh nghiệm, cải thiện độ chính xác trong hàm mục tiêu sức cản. Kết quả sai lệch dưới 2% so với phần mềm thiết kế tàu chuyên dụng Maxsurf, đáng tin
cậy trong giai đoạn thiết kếsơ bộ. Kết quả nghiên cứu về tích phân số trong tính toán hình dáng tàu và hàm mục tiêu sức cản đã được công bố trên công trình số (1) và (2).
• Luận án đã xây dựng thành công thuật toán tối ưu hóa và các lưu đồ thực hiện giải thuật di truyền áp dụng cho bài toán phân tích, chọn lựa thông số hình dáng tàu container phù hợp tuyến luồng sông biển theo hướng giảm sức cản. Kết quả tính toán thể hiện GA là phương pháp tối ưu phù hợp và cho kết quảđáng tin cậy với cách tiếp cận thiết kế theo tàu mẫu. Kết quả tính toán cho thấy ở vận tốc thiết kế 10 hải lý / giờ, tương ứng với hệ số Fn là 0.2, hệ số sức cản sóng giảm 7.57 %, hệ số sức cản nhớt giảm 4.47 %, hệ số sức cản toàn tàu giảm 5.53 % so với tàu mẫu. Trong luận án này, bài toán nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho tàu container chạy tuyến sông biển được giải quyết bằng việc tối ưu hóa thiết kế hình dáng thân tàu, nhằm giảm sức cản thân tàu, từđó tiết kiệm được nhiên liệu cho tàu và góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường. Kết quả nghiên cứu về giải thuật tối ưu di truyền đã được công bố trên công trình số (2).
• Luận án đã xây dựng thành công mô hình toán NUBS cho hình dáng tàu container, thỏa hàm mục tiêu cải thiện sức cản. Đây là mô hình toán hình học hiệu quả và có tính ứng dụng cao trong giai đoạn thiết kếsơ bộ và thiết kế kỹ thuật. giải quyết mất liên tục đoạn thân ống, vùng mũi và lái tàu sau biến đổi Lackenby và tính trơn toàn cục của đường cong hình dáng SAC dựa trên nghịch đảo ma trận không vuông NUBS. Kết quả nghiên cứu về hàm toán NUBS cho hình dáng tàu container SB và quy trình đánh giá sức cản dựa trên tính toán mô phỏng sốCFD được thể hiện qua công trình số (3), (4) và (5).
Kiến nghị định hướng nghiên cứu tiếp theo
• Trong nội dung nghiên cứu, cơ sở dữ liệu tuyến hình tàu được thiết lập theo tích phân số thay cho các công thức kinh nghiệm (không dựa trên dữ liệu tuyến hình) trong các nghiên cứu trước đây. Điều này giúp cải thiện độ chính xác trong hàm mục tiêu tối ưu sức cản, điều mà các đơn vị tư vấn thiết kếchưa có
điều kiện thực hiện. Tuy nhiên, đối với sốlượng khoảng sườn lý thuyết được quy định khác nhau trong từng bản vẽ tuyến hình, không thể áp dụng triển khai trực tiếp theo tích phân số mà cần có các nội suy quy đổi sốlượng sườn lý thuyết bổ sung để có tính toán hợp lý. Do vậy, quá trình tính toán có thể xem xét chia nhỏ hình dáng tàu thành các tổng đoạn độc lập để giải quyết.
• Nội dung nghiên cứu của luận án xây dựng được hàm toán NUBS cho tàu container, có thể áp dụng cho các mẫu tàu với kích thước cơ bản khác nhau theo đặc trưng tuyến luồng sông biển Việt Nam. Tuy nhiên, đối với tuyến hình tàu có mũi quả lê, việc xây dựng hàm toán NUBS cần bổ sung các trọng số tại khu vực mũi tàu đểđảm bảo hình dáng phù hợp với thiết kế tối ưu. Đề xuất nghiên cứu, đánh giá các thành phần sức cản chịu ảnh hưởng của mũi quả lê trong những nghiên cứu độc lập khác.
• Với những kết quảđạt được trong luận án, cơ sở dữ liệu hình học NUBS cho hình dáng tàu đóng vai trò quan trọng cho hướng nghiên cứu đẳng hình học IGA (Isogeometric analysis), tích hợp tựđộng hóa thiết kế hình dáng tàu vào các mảng nghiên cứu khác trong bài toán cơ học lưu chất và bài toán cơ học vật rắn.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CỐNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH
Đăng tạp chí trong nước
[1] Nguyễn Thị Ngọc Hoa, Vũ Ngọc Bích, “Tựđộng hóa biến đổi thông số hình dáng tàu áp dụng phương pháp Lackenby,” Tạp chí Khoa học Công
nghệ Giao thông vận tải, Số 31-02/2019, trang 27-34, 2019 (ISSN 1859- 4263)
[2] Nguyễn Thị Ngọc Hoa, Lê Tất Hiển, Vũ Ngọc Bích, “Tối ưu thông số hình dáng tàu theo hướng giảm sức cản áp dụng giải thuật di truyền,” Tạp
chí Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, Số 33-08/2019, trang 16-23, 2019 (ISSN 1859-4263)
[3] Nguyen Thi Ngoc Hoa, Le Tat Hien, Vu Ngoc Bich, “Giải thuật Nurbs cho đường nước thiết kế dựa trên biến đổi đường cong diện tích sườn,”
Science & Technology Development Journal - Engineering and Technology (STDJ-ET), 2019. (ISSN 1859-0128)
Đăng tạp chí quốc tế ISI / hội nghị quốc tế
[4] Nguyen Thi Ngoc Hoa, Vu Ngoc Bich, Tran Ngoc Tu, Nguyen Manh
Chien, and Le Tat Hien, “Numerical Investigating the Effect of Water Depth on Ship Resistance Using RANS CFD Method,” Polish Marit. Res., vol. 26, no. 3, pp. 56–64, 2019 (ISSN 2083-7429, ISI-Q2).
[5] T. H. Le, N. B. Vu, N. H. N. Thi, H. Tran, V. T. Tran, and D. A. Nguyen, “Parametric Hull Form Variation-based Genetic Algorithm for Reduced Ship Resistance,” in International Conference on Advanced Mechatronic Systems, ICAMechS, 2020, vol. 2020-December, doi: 10.1109/ICAMechS49982.2020.9310110.
TÀI LIỆU THAM KHẢOTÓM TẮT LUẬN ÁN
[1] UNCTAD, Review of Maritime Transport. 2019.
[2] S. Kos, L. Vukić, and D. Brčić, “Comparison of External Costs in Multimodal Container Transport Chain,” PROMET - Traffic&Transportation, 2017, doi: 10.7307/ptt.v29i2.2183.
[3] H. V. HUÂN, “Diễn biến lòng dẫn hệ thống sông hạdu sông Đồng NaiSài Gòn và kiến nghị các giải pháp phòng tránh,” Tạp chí Khoa học Kỹ thuật
Thủy lợi và Môi trường, vol. 23, 2008.
[4] OCDI, Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan. 2009.
[5] A. Charchalis, “Dimensional constraints in ship design,” J. KONES, vol. 20, no. 2, pp. 27–32, 2013.
[6] Z. Li and C. Weimin, “Key Technology of Artificial Intelligence in Hull Form Intelligent Optimization,” 2020, doi: 10.1145/3395260.3395296. [7] T. Ray, “Applications of multi-objective evolutionary algorithms in
engineering design,” 2004.
[8] Asim Kumar Sarker, “Optimization of ship hull parameters based on regression based resistance analysis,” Bangladesh University of Engineering and Technology, 2011.
[9] M. Kim and D.-W. Park, “A Study on the Green Ship Design for Ultra Large Container Ship,” J. Korean Soc. Mar. Environ. Saf., 2015, doi: 10.7837/kosomes.2015.21.5.558.
[10] S. Han, Y. S. Lee, and Y. B. Choi, “Hydrodynamic hull form optimization using parametric models,” Journal of Marine Science and Technology. 2012, doi: 10.1007/s00773-011-0148-8.
[11] J. H. Ang, C. Goh, V. P. Jirafe, and Y. Li, “Efficient hull form design optimisation using hybrid evolutionary algorithm and morphing approach,” 2017.
[12] A. Priftis, O. Turan, and E. Boulougouris, “Parametric design and holistic optimisation of post-panamax containerships,” 2018.
[13] P. E. Bézier, “How renault uses numerical control for car body design and tooling,” 1968, doi: 10.4271/680010.
[14] D. F. Rogers and J. A. Adams, Mathematical Elements for Computer
Graphics. London, United Kingdom: McGraw-Hill Education - Europe,
1976.
[15] S. C. Misra, Design principles of ships and marine structures. 2015. [16] J. H. Michell, “ XI. The wave-resistance of a ship ,” London, Edinburgh,
Dublin Philos. Mag. J. Sci., 1898, doi: 10.1080/14786449808621111.
[17] T. H. Havelock, “The Effect of Shallow Water on Wave Resistance,”
Proc. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci., 1922, doi: 10.1098/rspa.1922.0013.
[18] J. Holtrop, “A Statistical Re-Analysis of Resistance and Propulsion data,”
Int. Shipbuild. Prog., 1984.
[19] Q. Zeng, C. Thill, R. Hekkenberg, and E. Rotteveel, “A modification of the ITTC57 correlation line for shallow water,” J. Mar. Sci. Technol., vol. 24, no. 2, pp. 642–657, 2019, doi: 10.1007/s00773-018-0578-7.
[20] ITTC, “ITTC 7.5-04-01-01.2 Full Scale Measurements Speed and Power Trials - Analysis of Speed/Power Trial Data,” 2014.
[21] E. Rotteveel, R. Hekkenberg, and J. Liu, “Design guidelines and empirical evaluation tools for inland ships,” Eur. Inl. Waterw. Navig.
Conf., 2014.
[22] J. Kulczyk, “Methods of Determination of Frictional Resistance for Prediction of Total Resistance of Inland Waterway Vessels,” Polish
Marit. Res., 2018, doi: 10.2478/pomr-2018-0025.
[23] L. B. A. Kamar, “Wassertiefe–Ihr Einfluss auf den Formfaktor von Seeschiffen,” Schiff & Hafen, vol. 48, pp. 59–64, 1996.
[24] S. S. Rao, Engineering Optimization: Theory and Practice: Fourth
Edition. 2009.
[25] Holland J.H., “Genetic Algorithms and Adaptation. In: Selfridge O.G., Rissland E.L., Arbib M.A. (eds) Adaptive Control of Ill-Defined Systems,” NATO Conf. Ser. (II Syst. Sci., vol. 16, pp. 317–333, 1984. [26] D. E. Goldberg and J. H. Holland, “Genetic Algorithms and Machine
Learning,” Machine Learning, 1988.
[27] G. Jensen, “Moderne Schiffslinien,” Handb. der Werften, vol. 22, 1994. [28] ITTC – Recommended Procedures and Guidelines, “Report of the
resistance and flow committee,” 1987.
[29] H. Nowacki, M. I. G. Bloor, and B. Oleksiewicz, Computational
Geometry for Ships. 1995.
[30] L. Piegl and W. Tiller, “The NURBS book, 2nd edition,” Springer-
Verleg. 1997.
[31] N. T. N. Hoa, V. N. Bich, T. N. Tu, N. M. Chien, T. H. Le, and L. T. Hien, “Numerical Investigating the Effect of Water Depth on Ship Resistance Using RANS CFD Method,” Polish Marit. Res., vol. 26, no. 3, pp. 56– 64, 2019, doi: 10.2478/pomr-2019-0046.
[32] J. H. Ferziger, M. Perić, and R. L. Street, Computational Methods for Fluid Dynamics. 2020.
[33] T. Szelangiewicz and T. Abramowski, “Numerical analysis of influence of ship hull form modification on ship resistance and propulsion characteristics,” Polish Marit. Res., 2009, doi: 10.2478/v10012-008-
0049-x.
[34] ITTC, “7.5-03-02-03: Recommended Procedures and Guidelines: Practical Guidelines for Ship CFD Applications,” 2011, [Online]. Available: http://ittc.sname.org/CD 2011/pdf Procedures 2011/7.5-03- 02-03.pdf.
[35] Q. Zeng, R. Hekkenberg, C. Thill, and E. Rotteveel, “A numerical and experimental study of resistance, trim and sinkage of an inland ship model in extremely shallow water,” 2017.