Chƣơng 1 ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1.2.1. Tối ưu hóa mũi quả lê dựa trên phương pháp phương án
Các công trình nghiên cứu theo hƣớng này thƣờng cũng bắt đầu từ việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết CFD ƣớc tính sức cản cho những tàu đã có trang bị sẵn mũi quả lê, sau đó tiến hành thay đổi các kích thƣớc hình học của quả lê theo các gia số nhất định và ƣớc tính sức cản, phân tích trƣờng dòng để lựa chọn hình dạng tối ƣu của mũi quả lê, tƣơng ứng trƣờng hợp có độ giảm sức cản tổng so với ban đầu lớn nhất [21], [1], [22]. Đại diện cho hƣớng nghiên cứu này là công trình của tác giả Grzegorz Filip ở Khoa Kỹ thuật tàu thủy Đại học Michigan và các cộng sự ở Đăng kiểm Mỹ (ABS) [23] thực hiện tối ƣu hóa quả lê cho tàu chở hàng KCS (KRISO Container Ship) (Hình 1.5) đƣợc thiết kế và phát triển bởi Viện nghiên cứu tàu thủy và công trình biển KRISO (Korean Research Institute for Ship and Ocean Engineering) của Hàn Quốc [24].
Trong nghiên cứu này, các tác giả tiến hành thay đổi chiều cao H và chiểu rộng C của quả lê ban đầu để hình thành ra 9 phƣơng án hình học quả lê khác nhau (Hình 1.6). Sau đó thực hiện tính sức cản cho 9 phƣơng án bằng công cụ OpenFOAM của CFD theo cách làm phổ biến hiện nay là phƣơng pháp RANSE với mô hình rối SST k - ω. So sánh kết quả tính sức cản để chọn ra phƣơng án tối ƣu có sức cản nhỏ nhất [23].
Hình 1.6. Các phƣơng án thiết kế mũi quả lê
Bảng 1.1 trình bày kết quả tính toán và so sánh mức độ thay đổi về công suất (%) của 09 phƣơng án thiết kế mũi quả lê so với mũi quả lê ban đầu [23].
Bảng 1.1. Kết quả tính và so sánh mức độ thay đổi của công suất (%) đối với 09 phƣơng án thiết kế mũi quả lê mới so với mũi quả lê ban đầu
Phƣơng án H1 = 8 m H2 = 9 m H3 = 10 m
C1 = 4.0 m -6.9 -3.9 0.3
C2 = 5.4 m -5.6 4.0 18.4
Do số lƣợng các phƣơng án thiết kế quả lê lựa chọn là chƣa đủ để có thể nắm bắt chính xác sự thay đổi của giá trị sức cản tàu ở các phƣơng án khác nên để đảm bảo đƣợc độ chính xác của kết quả nghiên cứu nói chung và kết quả ƣớc tính sức cản nói riêng, các tác giả đề xuất sử dụng mô hình thay thế, thuật ngữ tiếng Anh là surrogate model. Mô hình thay thế đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này là mô hình nội suy Kriging nhằm xây dựng các bề mặt đáp ứng (reponse surface) đi qua các điểm dữ liệu sức cản ban đầu, dựa trên cơ sở đó xác định các phƣơng án quả lê mới có độ giảm sức cản hay công suất có ích nhỏ nhất để bổ sung vào tập dữ liệu ban đầu, sau đó thực hiện tính toán xây dựng lại bề mặt đáp ứng của mô hình thay thế cho đến khi đạt đƣợc độ chính xác mong muốn. Hình 1.7 mô tả hình ảnh bề mặt đáp ứng của mô hình thay thế dạng mô hình nội suy Kriging với đa thức bậc hai đƣợc xây dựng từ giá trị độ giảm công suất có ích của 9 phƣơng án ban đầu (các điểm tròn) và điểm có độ giảm công suất lớn nhất (điểm đỏ) (hình bên trái) và sau khi bổ sung thêm các điểm có độ giảm công suất lớn nhất (hình bên phải).
Hình 1.7. Bề mặt đáp ứng biểu diễn cho giá trị độ giảm công suất có ích với các điểm đen là dữ liệu ban đầu và điểm đỏ biểu diễn độ giảm công suất tối đa [23]
Khi nghiên cứu công trình này, NCS nhận thấy vẫn còn nhiều vấn đề cần thảo luận về cơ sở khoa học lựa chọn các thông số chiều rộng và chiều cao quả lê khi tối ƣu hóa, lựa chọn 9 phƣơng án thiết kế quả lê ban đầu, xử lý lƣới chia ở khu vực mặt thoáng và đánh giá độ chính xác của lƣới chia và kết quả tính sức cản thực hiện trong OpenFOAM.