Chƣơng 2 TÍNH SỨC CẢN TÀU BẰNG CFD 2.1.CFD VÀ ỨNG DỤNG TRONG TÍNH SỨC CẢN TÀU
2.2.2.1. Xây dựng mô hình 3D của tàu tính toán trong phần mềm AutoShip
Quá trình xây dựng mô hình hình học 3D của tàu tính toán trong AutoShip sẽ đƣợc bắt đầu từ hình ảnh mặt cắt ngang của tàu đã cho, cụ thể nhƣ sau [32].
(1) Nhập bản vẽ đƣờng hình vào phần mềm AutoShip
Dùng máy quét bản vẽ mặt cắt ngang gốc của tàu tính toán, trong trƣờng hợp này là tàu FAO 75, sau đó đƣa ảnh quét đƣợc vào phần mềm AutoCad hoặc AutoShip và dựa theo ảnh này dựng lại các đƣờng cong hình dạng mặt cắt ngang tàu (Hình 2.7).
(2) Xây dựng bề mặt vỏ tàu
Từ bản vẽ mặt cắt ngang đã dựng, tiến hành xây dựng và chỉnh trơn bề mặt vỏ tàu bằng cách di chuyển các điểm control nằm trên các hàng và các cột của bề mặt vỏ tàu vẽ đƣợc cho đến khi các đƣờng sƣờn, đƣờng cắt dọc, đƣờng nƣớc của đƣờng hình tàu đang vẽ đƣợc trơn đều và đảm bảo đƣợc độ chính xác yêu cầu (Hình 2.8).
Hình 2.8. Hiệu chỉnh các hàng và cột của mặt vỏ tàu để chỉnh trơn
Hình 2.9 là hình ảnh mô phỏng của mẫu tàu FAO 75 trong phàn mềm AutoShip
(3) Kiểm tra độ chính xác của mô hình 3D
Mô hình tàu 3D cuối cùng phải đảm bảo trơn đều và đạt độ chính xác yêu cầu trên cơ sở đảm bảo độ sai lệch giữa giá trị các thông số hình học của mô hình 3D xuất từ phần mềm AutoShip (Hình 2.10) và của tàu mẫu nằm trong giới hạn cho phép ± 3% nhƣ đối với các bài toán kỹ thuật thông thƣờng.
Hình 2.10. Kiểm tra các thông số hình học của mô hình 3D tàu FAO 75
Bảng 2.4 trình bày kết quả so sánh giá trị các thông số hình học của mô hình tàu xuất từ AutoShip (Hình 2.10) với các thông số hình học của tàu FAO 75 (Bảng 2.3) cho thấy sai lệch giữa các giá trị đều nằm trong phạm vi ±2%.
Bảng 2.4. So sánh thông số mô hình tàu FAO 75 dựng trong Autoship và tàu thật
Kí Đơn Mẫu Mô hình Sai
TT Các thông số hiệu vị tàu tàu trong lệch
FAO 75 AutoShip (%)
1 Chiều dài đƣờng nƣớc thiết kế LWL m 44.200 44.146 0.12 2 Chiều rộng đƣờng nƣớc thiết kế B m 10.36 10.36 0.00
3 Chiều chìm trung bình Ttb m 4.57 4.57 0.00
4 Thể tích chiếm nƣớc ∇ m3 1111.0 1098.7 1.11
5 Trọng lƣợng chiếm nƣớc ∆ tấn 1130.0 1127.2 0.25
6 Hoành độ tâm nổi LCB m -0.486 -0.483 0.62
7 Hệ số đầy thể tích CB - 0.524 0.524 0.00
8 Hệ số đầy lăng trụ dọc CP - 0.580 0.587 -1.20
2.2.2.2. Tính sơ bộ sức cản tàu trong môi trường phần mềm XFlow
Nhập mô hình tàu FAO 75 dƣới định dạng file STL đã xây dựng vào môi trƣờng tính của phần mềm XFlow thông qua lệnh nhập thông thƣờng nhƣ các phần mềm khác. Sau khi nhập xong mô hình 3D, thiết lập các thông số mô phỏng hay gọi là các thông số đầu vào của bài toán CFD nhƣ kích thƣớc miền tính, các điều kiện biên, mô hình rối, các thông số của dòng chảy…để thực hiện quá trình tính sức cản của mô hình tàu. Do phần mềm XFlow đƣợc thiết kế dƣới dạng menu lệnh để nhập giá trị các thông số đầu vào ngay trên màn hình, việc sử dụng phần mềm này khá đơn giản (Hình 2.11). Ngoài ra, khác với các phần mềm CFD khác, XFlow tự động điều chỉnh kết quả tính theo tỷ lệ mô hình [54], nên khi chọn tỷ lệ vẽ mô hình bằng đúng tỷ lệ thử nghiệm 1:24 sẽ cho phép so sánh trực tiếp kết quả tính sức cản xuất từ XFlow và kết quả thử mô hình mà không phải tính chuyển kết quả từ mô hình sang tàu thật nhƣ cách làm thông thƣờng.
Hình 2.11. Mô hình 3D của tàu FAO 75 trong phần mềm XFlow
Thực tế cho thấy, với mô hình tàu đã nhập, cùng với các thông số môi trƣờng tính đầy đủ và hợp lệ thì XFlow luôn tính và xuất đƣợc kết quả tính sức cản của mô hình. Tuy nhiên do các thông số mô phỏng ảnh hƣởng rất lớn đến kết quả tính sức cản nên nếu không xác định đƣợc các giá trị phù hợp của thông số này với mô hình tàu đang tính thì kết quả tính sức cản sẽ có độ chính xác thấp và nhiều khi khác xa số liệu thực nghiệm. Do đó để đảm bảo đƣợc độ chính xác của kết quả tính sức cản khi tối ƣu mũi quả lê, trƣớc tiên cần đặt vấn đề xác định các thông số mô phỏng chính phù hợp tàu đang tính, gồm kích thƣớc miền tính, điều kiện biên và các thông số của mô hình rối.