- Biên hai bên phải và trá i: Side
3.4.2.1.Tối ưu hóa với hai biến kích thước chiều dài và chiều rộng của quả lê
VPR =∫ ABT (x)d
3.4.2.1.Tối ưu hóa với hai biến kích thước chiều dài và chiều rộng của quả lê
Xây dựng các phƣơng án hình dạng quả lê tƣơng ứng sự thay đổi đồng thời của hai thông số kích thƣớc chiều dài và chiều rộng quả lê theo ma trận phƣơng án ở Bảng 3.8 bằng cách dịch chuyển điểm mút mũi và các điểm cực biên của quả lê ban đầu theo cả hai hƣớng cụ thể nhƣ sau:
- Dịch chuyển điểm mút mũi quả lê ban đầu theo chiều dọc tàu từ vị trí - 0.2 m cho đến vị trí + 0.3 m, với khoảng dịch chuyển ∆LPR = 0.1 m, hình thành 5 phƣơng án thay đổi chiều dài quả lê nhƣ mô tả trên Hình 3.23a.
- Dịch chuyển hai điểm cực biên ở vị trí chiều rộng lớn nhất của quả lê ban đầu về hai bên theo chiều ngang tàu từ vị trí - 0.1 m cho đến vị trí + 0.4 m với khoảng dịch chuyển ∆ΒΒ = 0.1 m, hình thành 5 phƣơng án thay đổi chiều rộng quả lê nhƣ mô tả trên Hình 3.23b.
Kết quả sẽ hình thành đƣợc 25 phƣơng án hình học các kích thƣớc mới của quả lê nhƣ mô tả trên Hình 3.23 với ký hiệu chung cho các phƣơng án là ∆LBi - ∆BBi.
(a) Thay đổi chiều dài (b) Thay đổi chiều rộng
Về mặt phƣơng pháp, để tính sức cản tàu ở các phƣơng án quả lê đã xây dựng bằng CFD nói chung và phần mềm Xflow nói riêng, cần tiến hành hiệu chỉnh mô hình 3D tàu từ quả lê ban đầu đến quả lê tính toán tƣơng ứng với sự thay đổi các kích thƣớc của nó. Bằng cách làm tƣơng tự nhƣ đã trình bày trên Hình 3.22, tiến hành hiệu chỉnh mô hình 3D của tàu FAO 75 từ quả lê ban đầu đến các phƣơng án hình dạng quả lê tính toán khi thay đổi đồng thời hai kích thƣớc, ở trƣờng hợp này là thay đổi chiều dài và chiều rộng của quả lê theo các giá trị trên, trong phần mềm AutoShip nhƣ thể hiện trên Hình 3.24. Sự thay đổi của các kích thƣớc khác của quả lê cũng đƣợc tiến hành theo cách tƣơng tự.
Hình 3.24. Thay đổi đồng thời chiều dài và chiều rộng quả lê tàu FAO 75
Sau khi xác định đƣợc mô hình tàu và quả lê ở các phƣơng án kích thƣớc tính toán, tiến hành xác định phƣơng án quả lê tối ƣu theo các bƣớc tính của phƣơng pháp đã đƣợc trình bày ở phần 3.3.3 nhƣ sau.
Bƣớc 1: Tính giá trị hàm mục tiêu tối ƣu
Sử dụng Xflow với đầu vào đã xác định ở chƣơng 2 để tính sức cản tổng của tàu FAO 75 ở các phƣơng án thay đổi chiều dài - chiều rộng của quả lê ban đầu và dựa vào dữ liệu thử nghiệm ở Hình 2.6 tính độ thay đổi sức cản tổng ∆RT theo công thức (3.19). Các tính toán đƣợc thực hiện ở các chế độ điển hình đã xác định đối với tàu cá, bao gồm các chế độ tƣơng ứng với vận tốc 0.3U, 0.8U và U; các mớn nƣớc T và 0.8 T. Bảng 3.10 trình bày kết quả tính độ thay đổi sức cản tổng ∆RTi (%) của tàu FAO 75 với quả lê ban đầu và quả lê ở phƣơng án chiều dài LPRi = LPRo+∆LPri (m) và chiều rộng BBi = BBo+∆BBi (m), với LPRo, BBo : chiều dài và chiều rộng của quả lê ban đầu và ∆LPRi, ∆BBi : thay đổi chiều dài, chiều rộng của quả lê ban đầu xác định ở Bảng 3.8.
Bảng 3.10. Độ thay đổi sức cản tổng của tàu ∆RT (%) tại các phƣơng án thay đổi chiều dài và chiều rộng quả lê ban đầu ở các mớn nƣớc khảo sát Phƣơng T1 = 0.8T = 3.66 m U3 = 0.3U = 4.5 (hl/h) U2 = 0.8U = 12 (hl/h) U1 = U = 15 (hl/h) án ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆LPR1 -5.410 -4.785 -4.542 -5.201 -5.562 -6.059 -5.742 -5.178 -6.241 -6.118 -6.786 -6.603 -5.955 -7.614 -6.730 ∆LPR2 -4.012 3.546 7.867 -7.276 -8.674 -4.514 4.255 8.968 -8.586 -9.541 -5.055 4.893 10.314 -10.475 -10.496 ∆LPR3 4.843 8.624 9.876 8.764 -11.143 5.439 10.349 11.259 10.517 -12.480 6.091 11.901 12.947 12.830 -13.728 ∆LPR4 5.546 6.054 12.032 -6.236 -12.432 6.212 7.265 13.596 -7.296 -13.675 6.957 8.355 15.364 -8.901 -15.043 ∆LPR5 -4.132 -11.021 -12.113 -12.236 -13.304 -4.632 -13.225 -13.445 -14.683 -13.969 -5.188 -15.209 -15.059 -17.914 -15.366 T2 = T = 4.57 m Phƣơng U1 = 0.3U = 4.5 (hl/h) U2 = 0.8U = 12 (hl/h) U3 = U = 15 (hl/h) án ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆LPR1 4.126 3.370 3.127 -3.809 -4.274 4.539 3.639 3.439 -4.266 -4.745 5.220 4.040 3.818 -4.693 -5.266 ∆LPR2 2.455 1.824 7.040 -6.331 -8.142 2.700 2.007 7.744 -7.028 -8.549 3.024 2.268 8.929 -7.801 -9.575 ∆LPR3 -3.412 -7.883 12.451 7.982 -10.606 -3.821 -8.671 10.396 8.780 -11.879 -4.394 -9.711 13.852 9.306 -13.660 ∆LPR4 -3.865 -10.140 -11.436 -10.557 -12.310 -4.136 -11.256 -11.665 -11.612 -12.925 -4.756 -12.944 -13.065 -12.425 -14.218 L5 -4.793 -9.652 -11.630 -12.181 -11.756 -5.225 -10.135 -11.979 -12.668 -12.462 -5.956 -11.655 -12.099 -13.301 -13.085
Thay các dữ liệu ở Bảng 3.10 vào công thức (3.24) để tính độ thay đổi công suất có ích của tàu ∆Pe (%) ở các phƣơng án thay đổi chiều dài và chiều rộng quả lê ban đầu.
Bảng 3.11. Độ thay đổi công suất có ích của tàu ∆Pe (%) ở các phƣơng án quả lê
Phƣơng T1 = 3.66 m T2 = 4.57 m án ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆BB1 ∆BB2 ∆BB3 ∆BB4 ∆BB5 ∆LPR1 -6.301 -5.972 -5.453 -6.753 -6.318 -7.038 -6.670 -6.091 -7.543 -7.064 ∆LPR2 -4.688 4.425 9.445 -9.326 -9.854 -5.385 4.878 10.595 -9.702 -12.092 ∆LPR3 5.652 10.763 11.857 11.379 -12.828 6.381 12.243 13.248 11.916 -14.849 ∆LPR4 6.459 7.555 14.187 -7.941 -14.123 7.305 8.118 16.465 -8.479 -17.339 ∆LPR5 -4.815 -13.754 -14.014 -15.887 -14.608 -5.890 -14.683 -16.152 -16.046 -17.611 Bƣớc 2: Khởi tạo mô hình thay thế
Sử dụng chƣơng trình Matlab đã viết để tạo 3 mô hình thay thế Kriging dƣới dạng hàm ∆Pe = f (∆LPRi, ∆BBi) dựa trên các dữ liệu ở Bảng 3.11 (điểm màu đỏ) ở Hình 3.25.
(a) T = 3.66 m (b) T = 4.57 m
Bƣớc 3: Xác định sơ bộ các kích thƣớc của quả lê tối ƣu trong lần tính thứ nhất
Nhƣ đã nêu ở phần 3.3.3, đoạn mã sử dụng thuật toán tối ƣu Nelder-Mead có trong chƣơng trình sẽ xác định và hiển thị tọa độ các điểm cực đại (điểm màu xanh) của các mô hình thay thế, tại đó giá trị hàm mục tiêu độ giảm công suất có ích là lớn nhất và phƣơng án kích thƣớc quả lê là tối ƣu với gia số chiều dài ∆LPRop, gia số chiều rộng ∆BBop, và độ giảm công suất yêu cầu lớn nhất ∆Pemax nhƣ đƣợc thể hiện ở Hình 3.25 và đƣợc tổng hợp lại ở Bảng 3.12 trong lần tính đầu tiên.
Bảng 3.12. Phƣơng án quả lê tối ƣu của các mô hình thay thế ở lần tính thứ nhất
Mớn Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3
nƣớc ∆L1 ∆B1 ∆P1 ∆L1 ∆B1 ∆P1 ∆L1 ∆B1 ∆P1
PRop1 Bop1 e max 1 PRop2 Bop2 e max 2 PRop3 Bop3 e max 3
(m) (m) (%) (m) (m) (%) (m) (m) (%)
3.66 m 0.093 0.262 13.722 0.093 0.193 11.918 0.093 0.193 11.246 4.57 m 0.093 0.228 15.664 0.093 0.228 14.824 0.093 0.210 11.028 Kết quả tính trong Bảng 3.12 cho thấy kích thƣớc quả lê tối ƣu đƣợc xác định bởi ba mô hình thay thế không khác nhau nhiều ở hai mớn nƣớc, nhƣng độ giảm công suất có ích ở mớn nƣớc thiết kế 4.57 m thƣờng cao hơn do thời gian hoạt động ở mớn nƣớc này của hầu hết các tàu thƣờng là cao nhất nên các tính toán kế tiếp có thể thực hiện chỉ ở một mớn nƣớc thiết kế 4.57 m mà không ảnh hƣởng đến kết quả tính toán cuối cùng. Trong lần tính đầu tiên này, do các mô hình thay thế đƣợc khởi tạo chỉ dựa trên một số giá trị rời rạc của các dữ liệu độ giảm công suất có ích tính đƣợc bằng phần mềm Xflow nên các phƣơng án kích thƣớc quả lê tối ƣu đƣợc xác định bởi các mô hình này có thể không chính xác, do đó cần đánh giá và cải thiện độ chính xác của các mô hình thay thế.
Bƣớc 4: Đánh giá và cải thiện độ chính xác của các mô hình thay thế
Độ chính xác của các mô hình thay thế đƣợc đánh giá bằng cách so sánh giá trị
∆Pemax xác định bởi Xflow, ký hiệu ∆Pemaxf với các giá trị gần đúng của chúng đƣợc xác định bởi ba mô hình thay thế, ký hiệu lần lƣợt là ∆P1 , ∆P1 , ∆P1
e max 1 e max 2 e max 3
ở các phƣơng án kích thƣớc quả lê tối ƣu có ký hiệu lần lƣợt là ∆L1PRop1 − ∆B1Bop1 ,
Bảng 3.13. So sánh giá trị ∆Pemax (%) tính từ XFlow và từ các mô hình thay thế trong lần tính thứ nhất
Kích thƣớc XFlow Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Phƣơng án kích quả lê tối ƣu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thƣớc quả lê ∆L1PRop ∆B1Bop ∆Pe1max f ∆Pe1max 1 δ11 ∆Pe1 max 2 δ12 ∆Pe1max 3 δ13
tối ƣu (m) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)
(m)
∆L1PRop1 − ∆B1Bop1 0.093 0.228 12.992 15.664 -11.58 - - - -
∆L1PRop2 − ∆B1Bop2 0.093 0.228 12.992 - - 14.824 -5.73 - -
∆L1PRop3 − ∆B1Bop3 0.093 0.210 13.032 - - - - 11.028 15.38
Sai số của các mô hình lúc này là khá lớn và do hai phƣơng án tính theo mô hình 1 và 2 giống nhau nên tiếp tục cập nhật 2 phƣơng án quả lê xác định từ mô hình 2 và 3 với dữ liệu sức cản tính từ XFlow là (0.093, 0.228, 12.992), (0.093, 0.210, 13.032) vào tập dữ liệu ban đầu và xây dựng lại các mô hình thay thế với 27 điểm nhƣ ở Hình 3.26.
Hình 3.26. Các mô hình thay thế ∆Pe = f (∆LPRi, ∆BBi) ở mớn nƣớc T = 4.57 m trong lần tính thứ hai
Bƣớc 5: Xác định phƣơng án quả lê tối ƣu
Lặp lại các bƣớc tính 3 và 4 bằng cách xác định ba phƣơng án quả lê tối ƣu mới tại mớn nƣớc 4.57 m trong lần tính thứ hai dựa trên ba mô hình thay thế tạo ở bƣớc 4. Kết quả tổng hợp các phƣơng án tối ƣu của quả lê cho trong Bảng 3.14.
Bảng 3.14. Phƣơng án chiều dài và chiều rộng của quả lê tối ƣu và giá trị ∆Pe (%) của tàu tính theo các mô hình thay thế ở lần tính
thứ hai
Mớn Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3
nƣớc ∆L2 ∆B2 ∆P2 ∆L2 ∆B2 ∆P 2 ∆L2 ∆B2 ∆P 2
(m) (m)PRop1 (m)Bop1 e max 1(%) (m)PRop2 (m)Bop2 e max 2(%) (m)PRop3 (m)Bop3 e max 3(%)
4.57 0.110 0.210 13.247 0.110 0.210 13.254 0.093 0.210 13.024Tiếp tục đánh giá độ chính xác của các mô hình thay thế mới đƣợc tạo bằng cách Tiếp tục đánh giá độ chính xác của các mô hình thay thế mới đƣợc tạo bằng cách sử dụng Xflow để dự đoán chính xác giá trị ∆Pemax cho các phƣơng án quả lê tối ƣu và so sánh chúng với các giá trị tƣơng ứng tính bởi ba mô hình thay thế (Bảng 3.15).
Bảng 3.15. So sánh giá trị ∆Pemax (%) tính từ XFlow và từ các mô hình thay thế trong lần tính thứ hai
Kích thƣớc XFlow Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 Phƣơng án kích quả lê tối ƣu
thƣớc quả lê ∆L2PRop ∆BBop2 ∆Pe2max f ∆Pe2max 1 δ12 ∆Pe2max 2 δ22 ∆Pe2max 3 δ32
tối ƣu (m) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)
(m)
∆L2PRop1 − ∆BBop12 0.110 0.210 13.931 13.247 4.91
∆L2PRop2 − ∆BBop22 0.110 0.210 13.931 - - 13.524 2.92
∆L2PRop3 − ∆BBop32 0.093 0.210 13.821 - - - - 13.024 5.77
Kết quả tính ở Bảng 3.15 cho thấy độ chính xác và hiệu quả của quả lê tính theo mô hình 2 là cao nhất, do đó chọn phƣơng án kích thƣớc quả lê tối ƣu có các thông số ∆LPRop = 0.11 m, ∆BBop = 0.21 m, với độ giảm công suất có ích lớn nhất của tàu sẽ là ∆Pemax ≈ 13.931%, tức là kích thƣớc quả lê tối ƣu ở trƣờng hợp này xác định nhƣ sau:
- Chiều dài quả lê tối ƣu : LPRop = LPRo + ∆LProp = 1.5 + 0.11 = 1.65 m - Chiểu rộng quả lê tối ƣu : BBop = BBo + ∆BBop = 1.7 + 0.21 = 1.91 m