- Biên hai bên phải và trá i: Side
Chƣơng 4 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN
4.1. KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu của luận án cho phép NCS rút ra các điểm mới và một số các kết luận cụ thể nhƣ sau:
(1) Ứng dụng CFD để tính sức cản một loại tàu cụ thể với độ chính xác mong đợi
Kết quả nghiên cứu mới của luận án cho phép ứng dụng phƣơng pháp CFD để tính sức cản loại tàu cụ thể với độ chính xác mong đợi trên cơ sở đảm bảo độ chính xác của các thông số đầu vào của lời giải CFD, bao gồm độ chính xác của mô hình hình học 3D và giá trị phù hợp với tàu tính toán của thông số mô phỏng gồm kích thƣớc miền tính và các hệ số của mô hình rối k-ω là động năng rối k và tốc độ khuếch tán động năng rối ω.
Giải pháp sử dụng phần mềm thiết kế tàu AutoShip xây dựng và kiểm tra độ chính xác của mô hình 3D, cùng phƣơng pháp và kết quả xác định giá trị các thông số mô phỏng phù hợp với loại tàu đang tính đã đƣợc trình bày cụ thể trong phần 2.2.3 của chƣơng 2. Kết quả nghiên cứu phù hợp với thực tế thể hiện ở độ sai lệch giữa kết quả tính sức cản bằng Xflow với mô hình tàu 3D đã xây dựng, và các thông số mô phỏng đã xác định với các dữ liệu thử nghiệm tƣơng ứng của các tàu tính toán FAO 72 và FAO 75 đều nằm trong phạm vi ±3% nhƣ trình bày trong các Bảng 2.12 và Bảng 2.13.
(2) Bổ sung, hoàn thiện phƣơng pháp thiết kế mũi quả lê.
Phƣơng pháp thiết kế quả lê hiệu quả nhất hiện nay là sử dụng các đồ thị Kracht, tuy nhiên phƣơng pháp này cũng có những điểm hạn chế nhất định nhƣ chỉ áp dụng cho tàu có hệ số béo trong phạm vi CB = (0.56 - 0.82), quả lê tính đƣợc gần với tối ƣu, không đề cập đến việc nối phần mũi quả lê đã thiết kế đƣợc vào phần thân tàu còn lại. Kết quả nghiên cứu ở mục 3.2 của Chƣơng 3 đã bổ sung, hoàn thiện phƣơng pháp này bằng cách sử dụng kết hợp phƣơng pháp nội suy và ngoại suy đối với các đồ thị Kracht để xây dựng các đƣờng cong nội suy có thể áp dụng trong thiết kế mũi quả lê cho các tàu có hệ số béo nằm ngoài phạm vi áp dụng của các đồ thị Kracht, sử dụng AutoShip để xây dựng đƣờng biên dạng và tích hợp quả lê vào đƣờng hình tàu đảm bảo bề mặt tiếp giáp giữa quả lê và thân tàu trơn đều và các thông số quả lê đã xác định không đổi.
(3) Xây dựng mô hình và phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu mũi quả lê.
Kết quả nghiên cứu của luận án đã xây dựng đƣợc mô hình và phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu hình dạng mũi quả lê tàu cá, bắt đầu từ việc xác định hàm đa mục tiêu về độ giảm công suất có ích (3.24) với giá trị các trọng số phù hợp với các chế độ làm việc điển hình của tàu cá nhằm phát huy hết hiệu quả của quả lê ở các chế độ tải khác nhau, nhất là ở chế độ vận tốc thấp khi kéo hoặc thả lƣới, xác định phạm vi thay đổi kích thƣớc quả lê để xây dựng các phƣơng án tính hợp lý, lựa chọn điều kiện ràng buộc phù hợp để đảm bảo các thông số hình học và tính năng tàu không thay đổi sau khi lắp mũi quả lê, cho đến việc giải bài toán tối ƣu dựa trên sự kết hợp của CFD và các mô hình thay thế.
Các kết quả tính toán, cùng với kết quả xuất từ CFD về phân bố vận tốc và áp suất trong dòng chảy xung quanh thân tàu FAO 75 không có quả lê và có quả lê tối ƣu ở các Hình 3.33 và Hình 3.34 đã cho thấy đƣợc sự phù hợp tốt giữa phƣơng pháp đề xuất với lý thuyết và thực tiễn vì những lý do sau:
- Theo lí thuyết, hiệu suất của quả lê phụ thuộc vào sự giao thoa giữa hệ thống sóng do quả lê tạo ra và hệ thống sóng tàu, do đó, phƣơng án thay đổi đồng thời chiều dài và chiều rộng quả lê cũng có hiệu quả cao nhất vì sự thay đổi của các thông số này sẽ ảnh hƣởng chủ yếu đến chiều dài và khối lƣợng của mũi quả lê, dẫn đến ảnh hƣởng lớn đến pha và biên độ của hệ thống sóng do quả lê tạo ra, trong khi những thay đổi về độ cao chỉ ảnh hƣởng đến độ chìm của quả lê nên nó có rất ít ảnh hƣởng đến hiệu suất làm việc của mũi quả lê.
- Trong thực tế, dữ liệu tính toán cho bóng đèn tối ƣu của tàu FAO 75 đã cho thấy mức giảm tối đa công suất có ích hoặc sức cản tổng sau khi lắp quả lê tối ƣu là khoảng 14%, cũng nằm trong phạm vi của các dữ liệu thử nghiệm là (12- 15)% đƣợc công bố chính thức bởi nhiều nhà nghiên cứu cho các tàu thông thƣờng có mũi quả lê nhƣ Bertram và Schneekluth (1998) [6], Larrie D. F (2011) [3].
- Việc sử dụng đồ thị Kracht, cùng với các phƣơng pháp ngoại suy và nội suy để thiết kế sơ bộ quả lê ban đầu cho tàu có hệ số béo CB không nằm trong phạm vi áp dụng của các đồ thị này là phù hợp, thể hiện ở chỗ kích thƣớc quả lê ban đầu rất gần tối ƣu nên có thể xác định đƣợc kích thƣớc quả lê tối ƣu chỉ sau hai lần tính toán bằng cách sử dụng các mô hình thay thế nhƣ trong trƣờng hợp này.
4.2. KHUYẾN NGHỊ
Từ kết quả nghiên cứu đã đạt đƣợc trong luận án, NCS xin phép đề xuất một số khuyến nghị cụ thể nhƣ sau:
So với các công cụ hoặc phần mềm CFD khác nhƣ đã đƣợc giới thiệu ở mục 1.1.2 thì việc sử dụng phần mềm XFlow để ƣớc tính sức cản tàu dễ dàng hơn rất nhiều, đặc biệt là nhờ sử dụng công nghệ không lƣới chia, khả năng tự động hóa xử lý khu vực lớp biên gần sát với thành tàu, cùng với giao diện thân thiện, dễ sử dụng. Tốc độ tính toán và thời gian xử lý bài toán sức cản của XFlow cũng khá nhanh, nhất là khi so sánh với các phần mềm mã nguồn mở của CFD nhƣ OpenFoam. Đặc biệt là khi sử dụng giải pháp khởi tạo file mô hình hình học dƣới dạng .STL thông qua phần mềm AutoShip đã cho phép rút ngắn đáng kể thời gian tính toán. Vì thế khuyến nghị có thể sử dụng XFlow làm công cụ để giải quyết các bài toán về CFD trong lĩnh vực kỹ thuật tàu thủy.
Sử dụng kết hợp các phần mềm AutoShip và Rhino để xây dựng các mô hình hình học 3D của tàu phục vụ việc giải các bài toán thủy động học tàu bằng CFD là một giải pháp phù hợp, cho phép kiểm tra đƣợc độ chính xác của mô hình 3D thông qua tính và so sánh các thông số hình học của mô hình với tàu thật.
Ở mức độ nhất định, giải pháp xác định chính xác sức cản tàu bằng phần mềm XFlow nhƣ đạt đƣợc trong luận án có thể thay kết quả thử nghiệm trong bể thử. Trên cơ sở này có thể nghiên cứu ứng dụng kết quả của luận án để tính sức cản nhiều mẫu tàu cá vỏ thép của FAO khác nhƣ giới thiệu trong tài liệu [10], [11] khi thay đổi có hệ thống các thông số hình học chủ yếu nhằm mục đích xây dựng cơ sở dữ liệu khoa học cần thiết cho việc xây dựng đƣợc công thức tính sức cản gần đúng cho đội tàu cá vỏ thép phù hợp với đặc điểm nghề cá Việt Nam [58]. Khi đó, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi hơn nhiều trong thực tế thiết kế và sử dụng tàu cá ở nƣớc ta hiện nay.
Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế quả lê cho các tàu chƣa có mũi quả lê. Trên cơ sở đó sử dụng các mẫu tàu lựa chọn, cùng phƣơng pháp thiết kế tối ƣu mũi quả lê đã nghiên cứu trong luận án để thiết kế các mẫu tàu cá vỏ thép cỡ lớn có tính năng hàng hải tốt và phù hợp với đặc điểm nghề cá Việt Nam.
Bên cạnh đó, nghiên cứu ứng dụng CFD giải quyết bài toán tối ƣu hóa mũi quả lê đặt ra trong luận án là một cách làm mới, tiếp cận với phƣơng pháp nghiên cứu hiện đại. Ngoài ra có thể đặt vấn đề nghiên cứu tiếp các nội dung nhƣ:
Nghiên cứu tự động hóa việc xây dựng mô hình hình học 3D của tàu tính toán, vì công đoạn xây dựng mô hình tàu bằng cách kết hợp các phần mềm nhƣ đã nêu trong luận án không phải dễ thực hiện và thực tế cũng mất khá nhiều thời gian, công sức.
Nghiên cứu phƣơng pháp thiết kế tích hợp quả lê vào đƣờng hình tàu tính toán mang tính tổng quát so với phƣơng pháp sử dụng phần mềm AutoShip đã nêu. Một trong các phƣơng pháp đang đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu thực hiện là phối hợp các điểm kiểm soát (control points) của các đƣờng cong NURBS dùng biểu diễn hình dạng của quả lê và của thân tàu để sao cho có thể đảm bảo đƣợc sự hòa hợp của hình dạng quả lê với đƣờng hình phía mũi tàu.
Phƣơng pháp tối ƣu hóa hình dạng mũi tàu quả lê đã đề xuất trong luận án đƣợc xây dựng trên cơ sở thay đổi các thông số tuyến tính của quả lê và chỉ thay đổi từng kích thƣớc hoặc thay đổi đồng thời từng cặp thông số kích thƣớc với nhau.
Trên cơ sở đó, có thể đặt vấn đề tiếp tục nghiên cứu bài toán tối ƣu quả lê trong trƣờng hợp thay đổi các kích thƣớc khác, cụ thể nhƣ:
- Thay đổi các thông số hình học phi tuyến của quả lê nhƣ hệ số mặt cắt ngang CABT, hệ số cạnh bên CABL và hệ số thể tích C∇PR.
-
Thay đổi đồng thời cả ba kích thƣớc của quả lê gồm chiều dài, chiều rộng và chiều cao quả lê.
- Thay đổi đồng thời các thông số hình học tuyến tính và phi tuyến của quả lê. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở quan trọng để nghiên cứu thiết kế các mẫu tàu cá vỏ thép cỡ lớn có tính năng hàng hải tốt và phù hợp với nghề cá Việt Nam. Đồng thời mở ra một triển vọng lớn trong việc giải quyết nhiều bài toán phức tạp về thủy động lực học tàu nói chung và trong lĩnh vực tàu cá nói riêng, vẫn đang còn tồn tại hiện nay nhƣ tối ƣu hóa đƣờng hình tàu cá, tính toán các tính năng đi biển (sea- keeping), tính toán tính cơ động (manueroving), tính toán thủy động lực học thiết bị đẩy tàu …