- Biên hai bên phải và trá i: Side
2.2.3.2. Xác lập các điều kiện biên
Từ các kích thước xác định của không gian miền tính phù hợp loại tàu đang tính, xem tàu đứng yên và dòng lưu chất chảy vào thân tàu với vận tốc bằng vận tốc tàu, thiết lập các điều kiện tương ứng các biên của bài toán tính sức cản như sau [24], [54]. (1) Biên đầu vào (Inlet)
Biên Inlet được đặt tại vị trí đủ xa phía trước tàu nhằm đảm bảo dòng vào không bị hỗn loạn bởi tác dụng của dòng đối lưu và nhiễu xạ do tương tác tàu – nước gây ra, tránh làm sai lệch thông tin vận tốc, áp suất của dòng vào và phản ánh đúng bản chất dòng chất lỏng chảy thẳng đều đến tàu khi xem tàu đứng yên, dòng nước chuyển động. Do đó đặt tại biên Inlet dòng không nhiễu, chạy vuông góc mặt biên và hướng về cửa ra với vận tốc theo hướng dọc bằng vận tốc tàu và hai thành phần vận tốc còn lại bằng 0. Theo mô hình tính như trên, giá trị vận tốc dòng vào tại biên Inlet sẽ được gán cố định, kéo theo đó là áp suất không đổi, dòng đối lưu bằng không, dòng nhiễu xạ bằng không. Để vị trí biên Inlet thỏa mãn được các vấn đề nêu trên ở các giá trị vận tốc khác nhau, lấy giá trị vận tốc dòng vào UF bằng vận tốc tàu U làm cơ sở để xác định vị trí biên Inlet cho tất cả giá trị vận tốc còn lại của dòng lưu chất đang tính.
UF = U ;
p
= 0 (2.19)
n (2) Biên đầu ra (Outlet)
Điều kiện Neuman được đưa vào mặt của đầu ra và vị trí của biên đầu ra – Outlet xác định trên cơ sở thỏa mãn điều kiện dòng tại biên giống với dòng xa vô cùng, tức là:
UF = U ; p = p (2.20)
Đặc điểm rõ nhất để có thể nhận biết được vị trí biên Outlet kết thúc không gian miền tính toán là tại đó phân bố trường áp suất và trường vận tốc dòng không thay đổi. (3) Biên tại đỉnh (Top)
Vị trí biên Top xác định trên cơ sở đảm bảo điều kiện áp suất và vận tốc như sau:
U F n = 0 ; p = 0 (2.21) n
(4) Biên tại đáy (Bottom)
Vị trí biên đáy được xác định trên cơ sở thỏa mãn điều kiện dòng lưu chất tại đây có tính chất là dòng xa vô cùng, tức thỏa mãn được điều kiện sau:
U F n = 0 ; p = 0 (2.22) n
(5) Biên hai bên mạn (Side)
Vị trí biên ở hai bên mạn cũng được tính chọn tương tự như đối với biên đáy tàu, với vị trí biên Side nằm cách mạn (tại vị trí rộng nhất của mạn tàu) khoảng bằng Lpp. (6) Vị trí biên mặt phẳng đối xứng dọc tàu (MidPlane)
Mô hình tàu đối xứng cả về phương diện hình học và vật lý nên để giảm độ lớn của mô hình và khối lượng tính toán chỉ cần thực hiện mô phỏng trên 1/2 mô hình, do vậy sẽ xuất hiện thêm biên MidPlane đặt tại mặt phẳng đối xứng dọc tàu (Oxz).
(7) Vị trí biên tại vỏ tàu (Hull)
Vỏ tàu trong bài toán mô phỏng dòng chảy bao tàu được coi là thành cứng (wall), do đó áp đặt hai kiểu điều kiện tại tường cứng vào đây, trong đó kiểu đơn giản nhất là điều kiện không trượt (no slip), tức tất cả thành phần vận tốc dòng chảy đều bằng 0.
UF = 0 ;
p
= 0 (2.23)
n
Các điều kiện biên của bài toán tính sức cản được trình bày trong Bảng 2.8.
Bảng 2.8. Các điều kiện biên trong mô hình tính của tàu tính toán Tên điều
kiện biên điều kiện biênDạng Vận tốcUF Áp suấtp Ghi chú
Inlet Mặt phẳng UF = U p/n = 0 Lưu lượng nước
Outlet Mặt phẳng UF = U p = p Áp suất khí quyển
Top Mặt phẳng UF/n = 0 p/n = 0 Trượt (slip)
Sides Mặt phẳng UF/n = 0 p/n = 0 Trượt (slip)
Bottom Mặt phẳng UF/n = 0 p/n = 0 Trượt (slip)
Hull Không trượt (no slip) UF = 0 p/n = 0 Thân tàu là tường cứng (wall)