- Biên hai bên phải và trá i: Side
2.2.3.3. Xác định các thông số của mô hình rối phù hợp với tàu tính toán
Như đã biết, khi mô phỏng bằng mô hình rối SST k- cần xác định các thông số chính của mô hình gồm hệ số động năng rối k và tốc độ khuếch tán động năng rối . Những đại lượng này thường được xác định theo thực nghiệm, tuy nhiên trong các nghiên cứu lý thuyết, có thể xác định chúng dựa theo các công thức sau [34]:
k = 3 I U 2 2 F (2.24) = 10 UF Lpp (2.25)
trong đó: I - cường độ rối là đại lượng không thứ nguyên và có thể xác định theo các số liệu kinh nghiệm sau.
I 0.01 : áp dụng cho các tàu chạy chậm. I = (0.01 ÷ 0.10) : áp dụng cho các tàu chạy trung bình. I ≥ 0.10 : áp dụng cho tàu chạy nhanh.
Hoặc có thể tham khảo số liệu áp dụng cho tàu cá vỏ gỗ cỡ nhỏ của Việt Nam như sau [53]:
I = 0.050 với giá trị số Fn ≥ 0.3 I = 0.035 với giá trị số Fn < 0.3
UF - vận tốc dòng lưu chất tại điểm xét, lấy bằng vận tốc tàu U, m/s. Lpp - chiều dài hai đường vuông góc của tàu, m.
Thực tế cho thấy, giá trị các hệ số này ảnh hưởng lớn đến kết quả tính sức cản tàu, nhưng khi tìm hiểu các công trình nghiên cứu có liên quan NCS nhận thấy hầu như không tác giả nào trình bày rõ giá trị các hệ số của mô hình rối khi thực hiện mô phỏng. Việc ước đoán các giá trị nêu trên đòi hỏi người nghiên cứu cần phải có kinh nghiệm, khả năng phân tích sao cho sát với mô hình toán trong từng trường hợp tính toán cụ thể. Do đó để đảm bảo kết quả ước tính sức cản tàu đang tính đạt được độ chính xác cần thiết NCS tham khảo phương pháp tính của người hướng dẫn trình bày trong [32] để xác định giá trị các thông số của mô hình rối phù hợp với đặc điểm hình học của tàu đang tính.
Quá trình tính toán xác định các thông số của mô hình rối phù hợp với tàu tính toán gồm các bước cụ thể như sau [32], [38], [54]:
(1) Cho trước một số giá trị cường độ rối I nằm trong phạm vi thay đổi đã nêu ở trên, và dựa trên cơ sở đó tính sơ bộ giá trị hệ số động năng rối k theo công thức (2.6) và giá trị tốc độ khuếch tán động năng rối theo công thức (2.7) để tính sức cản tàu. Trong trường hợp mẫu tàu đang tính toán thuộc nhóm tàu chạy tốc độ trung bình, chọn sơ bộ các giá trị cường độ rối I nằm trong phạm vi (0.01 ÷ 0.10) để tính toán. (2) Với các kích thước miền tính và các điều kiện biên đã xác định trong các phần
trên, cùng các phương án giá trị các hệ số k, đã tính ở trên, sử dụng phần mềm XFlow để tính toán và đánh giá ảnh hưởng của các đại lượng này đến kết quả tính sức cản.
(3) Xác định phương án các thông số mô hình rối phù hợp là phương án có sai lệch giữa kết quả tính sức cản từ XFlow và từ thử mô hình nằm trong giới hạn cho phép.
Bảng 2.9 là kết quả tính sức cản từ XFlow của tàu FAO 75 ở các phương án giá trị thông số mô hình rối khác nhau ở tốc độ thiết kế và trong trường hợp thử nghiệm I.
Bảng 2.9. Kết quả tính sức cản ở các phương án tham số mô hình rối tàu FAO 75
FAO 75: Lpp = 44.2 m ; U = 15 hl/h = 7.71 m/s ; Rtn = 15743.9 KG I 0.01 0.03 0.05 0.052 0.054 0.056 0.058 0.06 0.07 0.08 0.10 k 0.009 0.080 0.223 0.241 0.260 0.280 0.300 0.321 0.437 0.571 0.892 0.240 0.080 0.048 0.046 0.044 0.043 0.041 0.040 0.034 0.030 0.024 RXF (KG) 13016.2 14061.2 14523.3 15543.5 16241.5 16674.7 16832.4 17854.3 17976.4 16816.8 18244.2 R (%) -17.33 -10.69 -7.75 -1.27 3.16 5.91 6.91 13.40 14.18 6.81 15.88
Từ những kết quả tính được ở bảng 2.9 có thể chọn phương án thông số mô hình rối phù hợp nhất đối với loại tàu đang nghiên cứu là I = 0.052, k = 0.241, = 0.046. Một cách tổng quát, có thể chọn giá trị cường độ rối I trong phạm vi (0.052 ÷ 0.054) và từ giá trị này có thể tính giá trị các thông số mô hình rối theo các công thức đã có. Theo NCS, kết quả này cũng là một trong những đóng góp khá quan trọng của luận án khi ứng dụng lý thuyết CFD trong giải quyết các bài toán thủy động lực học cho những mẫu tàu cá vỏ thép có đặc điểm hình học và kích thước phù hợp nghề cá Việt Nam. Với kết quả này, có thể nhận được kết quả tính sức cản bằng phương pháp CFD cho những mẫu tàu có đặc điểm hình học tương tự có độ chính xác và độ tin cậy cao.
Cũng từ kết quả tính toán trên có thể rút ra các nhận xét sau:
- Giá trị cường độ rối I đề nghị khá lớn, dẫn đến giá trị hệ số động năng rối k củatàu đang tính lớn hơn loại tàu khác, như của tàu KCS là k = 0.00015, = 2.00. tàu đang tính lớn hơn loại tàu khác, như của tàu KCS là k = 0.00015, = 2.00. Nguyên nhân có thể là do các mẫu tàu cá nói chung không thuộc nhóm tàu có tính năng thủy động tốt, đoạn thân ống ngắn và hoạt động ở chế độ có số Fn lớn, cụ thể ở tàu tính toán là Fn = (0.35 – 0.40), nên tàu sẽ hoạt động ở chế độ có năng lượng tạo sóng lớn, nhất là khi có thêm quả lê, dẫn đến giá trị các đại lượng cường độ rối I và hệ số động năng rối k lớn hơn tàu hàng thông thường.