1.5.2.3. Các công cụ mô phỏng số
Nhiều nghiên cứu sử dụng các công cụ mô phỏng số như OpenFOAM [40, 43- 44], ANSYS Fluent [10, 21], UNCEL code [25-26] để tính toán mô phỏng dòng chảy có khoang khí/hơi quanh các vật thể chuyển động trong chất lỏng (ví dụ như Hình 1.35 [21] và 1.36 [25] dưới đây).
Hình 1.35. Mô phỏng CFD dòng chảy quanh vât thể di chuyển từ không khí vào trong nước bằng ANSYS Fluent
Hình 1.36. Mô phỏng dòng chảy khoang khí/hơi quanh một vật thể tạo khoang khí/hơi nhân tạo bằng công cụ UNCEL code
1.5.3. Một số vấn đề nghiên cứu 1.5.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm 1.5.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm
- Hệ ống thủy động quy mô lớn dòi hỏi chi phí xây dựng cao nên không nhiều cơ sở nghiên cứu có thể trang bị được.
- Mô hình vật thể nhỏ khó chế tạo, khó đo áp suất nên dù chi phí có thể thấp hơn nhưng vẫn có nhiều hạn chế.
- Cấu trúc dòng chảy và cơ chế hoạt động ở vị trí khoang khí/hơi đóng lại còn chưa được làm rõ
- Việc quan sát bằng camera chưa phản ánh được đặc điểm ba chiều trong không gian của khoang khí/hơi
- Hiện nay, việc đo đạc trường vận tốc của dòng chảy có khoang khí/hơi cơ bản vẫn còn nhiều khó khăn do dòng chảy có tốc độ và mức độ rối lớn. Ngay cả phương pháp PIV cũng mới chỉ nghiên cứu dòng chảy rối phía sau khoang khí/hơi.
1.5.3.2. Nghiên cứu lý thuyết
- Tính nén được thường phải bỏ qua trong các nghiên cứu, hầu hết các nghiên cứu chưa quan tâm đến trường hợp chuyển động ở vận tốc trên âm (vận tốc âm trong nước trên 1400m/s)
- Tính toán CFD bài toán chuyển động của vật thể trong dòng chảy có khoang khí/hơi đặt ra vấn đề về tối ưu hóa về cả lưới tính toán và phương pháp tính do chuyển động của vật thể ở vận tốc lớn, cấu trúc dòng chảy phức tạp: nhiều pha, nhiễu động lớn, tính nén cần phải được xem xét kỹ lưỡng….
- Các mô hình dòng chảy rối tại phần khoang khí/hơi đóng lại và vết (wake) phía sau còn chưa được kiểm chứng do thiếu dữ liệu thực nghiệm.
1.5.3.3. Khả năng nghiên cứu dòng chảy có khoang khí/hơi trong điều kiện nước ta hiện nay
a) Những hạn chế và khó khăn
- Để tạo được dòng chảy có khoang khí, dòng chảy cần đạt vận tốc lớn để hình thành
được vùng giảm áp đủ lớn để lượng khí nhân tạo bơm vào có thể tập trung lại hình thành nên một khoang khí/hơi liên tục. Đồng thời vận tốc quá thấp khiến ảnh hưởng của trọng trường trở nên rõ rệt.
- Để xây dựng những hệ thiết bị lớn, sẽ cần kinh phí lớn. Nhưng khi xây dựng những
hệ ống thủy động cỡ nhỏ, vật thể tạo khoang khí/hơi cũng bị hạn chế về kích thước. Điều đó dẫn đến việc chế tạo những đường ống dẫn khí nhân tạo, đầu đo áp suất trên bề mặt vật thể khó khăn hơn bởi kích thước cũng không thể quá lớn.
b) Những thuận lợi và khả năng khắc phục khó khăn
Hiện nay, nước ta đã có những cải thiện về điều kiện nghiên cứu so với trước đây, dưới đây xin nêu một số điểm thuận lợi mà ta có đối với việc nghiên cứu dòng chảy có khoang khí/hơi.
• Điều kiện về cơ sở vật chất
- Các phòng thí nghiệm với nhiều trang thiết bị hiện đại, các đầu đo áp suất,
máy ảnh tốc độ cao, hệ thiết bị PIV, đầu đo nhiệt độ … giúp thực hiện các đo đạc cần thiết
- Chương trình mô phỏng dòng chảy mã nguồn mở OpenFOAM cho phép tự do
sự dụng với mục đích bất kỳ có thể phục vụ tốt quá thiết kế, dự đoán khả năng hoạt động của hệ thống.
- Những nguyên liệu cần thiết phục vụ cho xây dựng một hệ ống thủy động như
đường ống dẫn, ống thu, ống xả, ống trong suốt, máy bơm, van, … hoàn toàn có thể mua trên thị trường hoặc chế tạo trong nước.
• Điều kiện về con người
- Đội ngũ nghiên cứu viên được đào tạo bài bản, có kiến thức chuyên môn, nhiều
người được đào tạo tại nước ngoài đang làm việc tích cực
- Các cán bộ nghiên cứu có kinh nghiệm sử dụng phần mềm và thiết bị hiện đại
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ BỘ CHƯƠNG TRÌNH MÃ NGUỒN MỞ OPENFOAM 2.1. Lược sử sự phát triển của OpenFOAM
2.1.1. OpenFOAM là gì?
OpenFOAM (Open Source Field Operation And Manipulation) là phần mềm nguồn mở hàng đầu cho CFD, thuộc sở hữu của Quỹ OpenFOAM và phân phối độc quyền theo Giấy phép Công cộng (GPL) cho phép người dùng tự do sửa đổi và phân phối lại OpenFOAM và đảm bảo tiếp tục sử dụng miễn phí trong các điều khoản của giấy phép. Các phiên bản OpenFOAM được kiểm nghiệm độc lập ở một số bài toán bởi ESI Group [35,37].