Như đã trình bày ở Chương 2, sau khi phân tích cơ sở lý thuyết của khí động lực học, mô hình được chọn để giải quyết bài toàn là mô hình mô phỏng “SST k-ω”
Hình 3.48 Thiết lập mô hình mô phỏng “SST k-ω”trên phần mềm
Với mô hình mô phỏng “SST k-ω” đã lựa chọn, sinh viên đã xác định và gán đặt một số thuộc tính cần thiết cho bài toán như sau:
- Lựa chọn đơn vị của các đại lượng trong quá trình tính toán mô phỏng:
Kích thước: mm
Vận tốc: m/s
Áp suất: N/m2
- Lựa chọn điểm bắt đầu thực hiện mô phỏng: lựa chọn vùng không gian mà từ đó bài toán mô phỏng bắt đầu lấy dữ liệu để nội suy ra các thông số của vùng không gian lân cận. Trong Đồ án, khu vực này được lựa chọn là mặt phía trước của vùng không gian mô phỏng, nơi không khí được xem là bắt đầu chuyển động vào vùng không gian mô phỏng đó với vận tốc và hướng ổn định do người dùng gán đặt. Việc lựa chọn như vậy đảm bảo sự ổn định của thông số ban đầu, giúp cho việc mô phỏng được thuận lợi hơn.
- Lựa chọn vận tốc dòng khí tại điểm bắt đầu thực hiện mô phỏng: vận tốc của dòng khí tại điểm bắt đầu mô phỏng là 30 m/s (tương đương với 108 km/h). Việc lựa chọn vận tốc này nhằm đảm bảo mục đích vận tốc dòng khí đủ lớn để tạo ra ảnh hưởng đáng kể của lực cản khí động tới chuyển động của xe.
- Kết quả tính toán được thể hiện dưới dạng hình ảnh: hình ảnh phân bố vận tốc, áp suất, đường dòng bao quanh vỏ xe.
Sau khi hoàn tất các bước đặt điều kiện và ràng buộc, sinh viên bắt đầu thực hiện quá trình tính toán mô phỏng với vận tốc dòng khí là 30m/s, kết quả mô phỏng được thể hiện ở từ hình 3.19 – 3.20.
CHƯƠNG 4:PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1. Vận tốc
Hình 4.49 Vectơ vận tốc trên bề mặt vỏ xe
Hình 4.50 Đường dòng vận tốc trên bề mặt vỏ xe
Các vectơ vận tốc và đường dòng thể hiện vận tốc trên bề mặt vỏ xe được sắp xếp hợp lý, thể hiện được được sự thay đổi vận tốc không khí trên bề mặt vỏ xe. Điều này được thể hiện trên Hình 4.1 và Hình 4.2.
Hình 4.51 Phân bố vận tốc trong mặt phẳng đối ứng dọc của xe
Hình 4.3 thể hiện sự phân bố vận tốc trong mặt phẳng đối xứng dọc của xe cho thấy sự phân tách dòng chảy xảy ra ở phía trước nhưng ngay sau khi dòng chảy tự gắn lại. Các hiệu ứng dòng chảy cục bộ xảy ra xung quanh xe tải, điều này cân bằng các hiệu ứng cục bộ xảy ra ở nửa trước của xe. Mặt khác, phía sau xe, tức là ngay phía sau khoang hành lý là nơi có thể quan sát thấy hầu hết các nhiễu động dự kiến (như thường thấy ở hầu hết các xe ô tô).
Hình 4.52 Phân bố đường dòng vận tốc trong mặt phẳng đối ứng dọc của xe Hình 4.4 cho thấy đường dòng bao quanh vỏ xe chỉ rõ những nơi hình thành xoáy thấp áp có ảnh hưởng lớn đến lực cản khí động lực học. Loại bỏ được hoặc giảm kích thước của những vùng xoáy này đồng nghĩa với việc giảm hệ số cản Cd.
Hình 4.53 Phân bố vận tốc trong mặt cắt ngang đi qua điểm giữa của vỏ xe
Hình 4.54 Phân bố đường dòng vận tốc trong mặt cắt ngang đi qua điểm giữa của vỏ xe
Các hình chiếu bằng ở hình 4.5 và 4.6 cũng cho thấy sự hình thành các xoáy có kích thước khá lớn tại các vùng tiếp giáp giữa mặt đầu của xe với các thành bên và vùng phía đuôi xe với các thành bên của vỏ xe.
4.2. Áp suất
Hình 4.55 Vectơ áp suất trên bề mặt vỏ xe
Hình 4.56 Đường dòng áp suất trên bề mặt vỏ xe
Hình 4.7 và 4.8 miêu tả các vectơ áp suất và đường dòng thể hiện áp suất trên bề mặt vỏ xe được sắp xếp hợp lý, cho thấy được sự thay đổi áp suất không khí trên bề mặt vỏ xe.
Hình 4.57 Phân bố áp suất trên bề mặt vỏ xe
Hình 4.58 Phân bố áp suất trong mặt phẳng đối ứng dọc của xe
Các hình 4.9, 4.10 và 4.11 cho thấy ở phía trước của xe, không khí bị đẩy đi dẫn đến vùng áp suất cao và tạo ra lực cản. Trên vỏ xe tồn tại những vùng có áp suất dương, những vùng áp suất âm và các xoáy thấp áp. Chính sự chênh áp này là yếu tố cơ bản để tạo nên lực cản khí động lực học.
Hình 4.60 Phân bố áp suất trong mặt cắt ngang đi qua điểm giữa của vỏ xe
Hình 4.61 Đường dòng phân bố áp suất trong mặt cắt ngang đi qua điểm giữa của vỏ xe Các hình chiếu bằng ở hình 4.12 và 4.13 cũng cho thấy sự hình thành các vùng xoáy thấp áp xung quanh vỏ xe. Các vùng xoáy thấp áp này ảnh hưởng xấu đến khí động lực học của vỏ xe.
KẾT LUẬN
1. Đồ án đã sử dụng phần mềm chuyên dụng ANSYS - Fluent để nghiên cứu khí động học vỏ xe Tesla Cybertruck. Bài toán được xây dựng dựa trên phương trình Navier - Stokes đơn giản hóa dạng RANS với giả thiết chất khí không chịu nén kết hợp với các mô hình dòng rối nhớt.
Trên cơ sở mô hình tính toán được lựa chọn là “SST k - ”, nhóm em đã xây dựng được mô hình mô phỏng vỏ xe Tesla Cybertruck trong Fluent để tính toán các thông số của dòng chảy không khí bao quanh vỏ xe.
2. Kết quả mô phỏng, tính toán khí động lực học của mô hình vỏ xe Tesla Cybertruck khá tốt. Tuy nhiên, các hình ảnh về phân bố áp suất, vận tốc và đường dòng bao quanh vỏ xe cho thấy còn khá nhiều khiếm khuyết trên vỏ xe cần được cải thiện để giảm lực cản khí động lực học.
Khí động lực học rất quan trọng đối với xe điện và với thiết kế của Tesla Cybertruck khiến nó trở thành một trường hợp khí động lực học gây tò mò. Hình dạng hình hộp của Tesla Cybertruck không có đường cong, chỉ là các đường thẳng với mặt trước của Tesla Cybertruck nghiêng về một điểm ngay trên tựa đầu của ghế trước, nơi nó giao nhau với một đường nghiêng dài hơn về phía sau.
3. Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã hình thành một phương trình đánh giá khí động học lực học của vỏ xe ô tô, hoàn toàn khả thi trong điều kiện Việt Nam. Nếu được tiếp tục hoàn thiện, đây có thể là một công cụ hiệu quả giúp cho các nhà thiết kế cải thiện và hướng tới tối ưu hóa dạng khí động lực học của vỏ xe nhằm giảm thiểu lực cản không khí trong quá trình chuyển động. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng, vì giảm lực cản đồng nghĩa với việc giảm mức tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải độc hại ra môi trường.
4. Dựa trên các kết quả nghiên cứu của đề án, sinh viên đề xuất một số hướng nghiên cứu phát triển như sau:
- Hoàn thiện mô hình tính toán: bổ sung thêm các gương chiếu hậu, mô tả các gờ, khe cửa, hốc bánh xe, mô tả bánh xe đang quay, mô tả chuyển động tương đối giữa vỏ xe và mặt đường…
- Nghiên cứu ảnh hưởng của lực nâng, ảnh hưởng của gió ngang tới tính ổn định chuyển động của ô tô, đặc biệt là đối với các ô tô có chiều cao lớn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] “Thủy khí động lực học ứng dụng” – GS.TSKH.Vũ Duy Quang, Nhà xuất bản xây dựng 2006.
[2] Nguyen Van Thang, Ha Tien Vinh, Bui Dinh Tri, Nguyen Duy Trong (2018).
Numerical simulation of airflow around vehicle models. Vietnam Journal of Science and Technology.
[3] T.Cebeci, J.RShao, F. Kafyeke, E. Laurendeau (2005). Computational Fluid Dynamics for Engineers. Springer.
[4] Laurent Dumas (2008). CFD-based Optimization for Automotive Aerodynamics. Université Pierre et Marie Curie.
PHỤ LỤC