Chƣơng 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
4.2. Ảnh hƣởng của khoảng cách tƣơng đối giữa container 20 feet và cabin đến
4.2.1. Mơ hình đồn xe khảo sát
Trong phần này, việc nghiên cứu ảnh hƣởng của khoảng cách tƣơng đối giữa container và cabin của đồn xe chở container đƣợc thực hiện. Vị trí đặt container 20 feet trên rơ móc so với canbin của đồn xe ảnh hƣởng đến các đặc tính khí động lực đoàn xe đƣợc thực hiện dựa trên cơ sở so sánh, phân tích các kết quả mơ phỏng số đồn xe trong 3 trƣờng hợp bố trí container 20 feet khác nhau khi vận chuyển hàng hóa của đồn xe. Hình 4.14 thể hiện mơ hình tính tốn mơ phỏng số của 3 trƣờng hợp xếp container 20 feet của đồn xe với các vị trí khác nhau tƣơng ứng CN7, CN8 và CN9. Bảng 4.2 thể hiện tỷ số khoảng cách tƣơng ứng của đồn xe trong các trƣờng hợp khảo sát.
Hình 4.14 Mơ hình đồn xe chở container 20 feet với các vị trí đặt container 20 feet khác nhau, CN7, CN8, CN9
Bảng 4.2 Khoảng cách tƣơng đối giữa container 20 feet và cabin xe
TT Khoảng cách tƣơng đối, d Đơn vị
CN7 7.416 m
CN8 4.419 m
CN9 1.423 m
4.2.2. Một số kết quả so sánh phân bố áp suất và dịng bao quanh đồn xe
Trên cơ sơ tính tốn mơ phỏng số khảo sát các đặc tính khí động lực học tác động lên đoàn xe tƣơng ứng với các mơ hình nhƣ đã trình bày ở trên Hình 4.14. Trong nghiên cứu này, các mơ hình đƣợc khảo sát với cùng một vận tốc khai thác tƣơng ứng của xe là 80 km/h. Sau q trình tính tốn mơ phỏng số thu đƣợc một số kết quả mơ phỏng đƣợc thể hiện trên các Hình 4.15, 4.16, 4.17, 4.18.
73
75
Hình 4.15, 4.16 và 4.17 thể hiện kết quả phân bố áp suất bao quanh đoàn xe tại mặt cắt dọc tâm và mặt cắt chiếu bằng của đoàn xe khi thay đổi vị trí xếp container 20 feet trên rơ móc. Sự thay đổi này làm biển đổi phân bố áp suất bao quanh đồn xe rõ rệt, diện tích các vùng nhiễu động bao quanh đồn xe thay đổi giảm giảm dần tại khe hở giữa container và cabin khi giảm khoảng cách tƣơng đối giữa chúng. Từ kết quả này có thể cho thấy lực khí động tác động lên đồn xe sẽ thay đổi tùy theo vị trí của container 20 feet trên rơ móc đồn xe. Sự ảnh hƣởng của khoảng cách tƣơng đối này đến dịng bao quanh đồn xe đƣợc thể hiện trong kết quả phân bố dịng bao quanh đồn xe, thể hiện trên các Hình 4.18, 4.19 và Hình 4.20.
77
Hình 4.20 Phân bố vận tốc dịng bao quanh đồn xe tại mặt cắt bằng z=2.5m
Kết quả thể hiện phân bố vận tốc dịng bao quanh đồn xe trên các Hình 4.18 đến Hình 4.20 cho thấy rõ sự thay đổi vùng nhiễu động dòng bao quanh đoàn xe khi thay đổi khoảng cách tƣơng đối giữa cabin và container. Kết quả này cho thấy có thể lực cản khí động tác động lên đồn xe sẽ thay đổi theo.
4.2.3. Kết quả tính tốn lực cản khí động tác động lên đồn xe
Trong phần này, các thành phần lực cản khí động tác động lên đồn xe trong các trƣờng hợp khảo sát đƣợc tính tốn và so sánh với nhau. Hình 4.18 thể hiện kết quả tính lực cản khí động tác động lên đồn xe ở vận tốc khai thác 80km/h. Kết quả cho thấy việc thay đổi vị trí container 20 feet đã làm thay đổi lực cản tác động lên đoàn xe. Đối với trƣờng hợp xếp container gần cabin nhất tƣơng ứng với khi bố trí container tại vị trí CN9 giúp giảm đƣợc lực cản khí động tác động lên thân vỏ đồn xe.
Hình 4.21 Các thành phần lực cản khí động tác động lên đồn xe tại vận tốc khai thác 80km/h
79
Hình 4.21 thể hiện kết quả so sánh lực cản khí động tác động lên đồn xe trong các trƣờng hợp xe khơng chở container, xe chở container 40 feet và xe chở container 20 feet ở vị trí CN9. Kết quả so sánh chi tiết đƣợc thể hiện trong Bảng 4.3.
Bảng 4.3 Hệ số lực cản khí động và cơng suất tiêu hao tƣơng ứng của đồn xe Phƣơng án chở container Cx Pw, CV %Pw
Không chở container 0.724 48.33 -52.9
20 feet, CN9 1.100 98.55 -3.9
40 feet, CN0 1.145 102.55 0.0
Từ kết quả thể hiện trên đồ thị Hình 4.21 và Bảng 4.3 cho thấy, hệ số lực cản khí động tác động lên đồn xe trong các trƣờng hợp chở hàng tƣơng đối xấp xỉ 1. Tuy nhiên có sự khác biệt rõ rệt về công suất tiêu hao trong các trƣờng hợp xe chở theo container và xe khơng chở theo container. Trong trƣờng hợp đồn xe chở container 20 feet cơng suất tiêu hao của đồn xe chỉ thay đổi khoảng 4% so với trƣờng hợp khi xe chở container 40 feet. So với trƣờng hợp đồn xe khơng chở hàng thì lực cản khí động tác động lên đồn xe giảm đi khoảng 53% so với khi chơ hàng. Sự thay đổi lực cản khí động tác động lên đồn xe này có thể một phần thay đổi do sự thay đổi về diện tích mặt hứng gió của đồn xe khi chở hàng và khi khơng chở hàng, tuy nhiên có thể thấy rõ đƣợc sự khác biệt khi so sánh các trƣờng vận tốc, phân bố áp suất bao quanh đoàn xe trong các trƣờng hợp khảo sát tƣơng ứng. Kết quả so sánh lực cản khí động học tác động lên đồn xe tƣơng ứng phù hợp với các kết quả phân bố vận tốc dòng và phân bố áp suất bao quanh đoàn xe đã khảo sát.
4.3. Kết luận chƣơng 4
Trong chƣơng này, nghiên cứu ảnh hƣởng của hình dáng thân vỏ đồn xe đến đặc tính khí động lực học đồn xe đƣợc trình bày chi tiết. Thơng qua cơ sở lý thuyết, phƣơng pháp và cơng cụ tính tốn mơ phỏng số CFD đã trình bày trong các chƣơng trƣớc, tác giả thực hiện việc nghiên cứu ảnh hƣởng của hình dáng thân vỏ đồn xe đến đặc tính khí động lực học đồn xe.
Trên cơ sở phân tích kết quả tính tốn mơ phỏng số CFD và so sánh kết quả tính tốn mơ phỏng số CFD giữa một số mơ hình hình dáng thân vỏ đồn xe thay đổi khác nhau, những yếu tố ảnh hƣởng đến đặc tính khí động lực học thân
vỏ đồn xe đƣợc đƣa ra. Từ cơ sở đó, việc hƣớng tới hình dáng khí động lực học thân vỏ đồn xe tối ƣu hóa về lực cản khí động đã đƣợc tác giả đƣa ra.
Những kết quả nghiên cứu trong chƣơng này có thể là cơ sở quan trọng trong q trình khai thác vận hành đồn xe cũng nhƣ là cơ sở để thiết kế hƣớng tới tối ƣu hóa hình dáng khí động lực học thân vỏ đồn xe chở container.
81
KẾT LUẬN
1. Kết luận
Trong luận văn này, tác giả đã trình bày nghiên cứu và kết quả nghiên cứu về đặc tính khí động lực học của đoàn xe chở container thông qua sử dụng chƣơng trình tính tốn mơ phỏng số CFD. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết tính tốn mơ phỏng số và ứng dụng, tác giả đã tìm hiểu cơ sở lý thuyết tính tốn và ứng dụng chƣơng trình tính tốn mơ phỏng số CFD, ANSYS-Fluent để thực hiện quá trình nghiên cứu, khảo sát ảnh hƣởng của hình dáng thân vỏ đồn xe chở container đến đặc tính khí động lực học đồn xe.
Từ kết quả nghiên cứu, phân tích các đặc tính khí động lực học của một số hình dáng vật thể cơ bản, cũng nhƣ kết quả nghiên cứu quá trình hƣớng tới tối ƣu hình dáng khí động lực học của vật thể trong luận văn đã đƣa ra việc giải quyết vấn đề nghiên cứu ứng dụng tính tốn mơ phỏng số CFD để nghiên cứu ảnh hƣởng của hình dáng thân vỏ đồn xe chở container đến đặc tính khí động lực học của đồn xe trong q trình khai thác.
Trên cơ sở phân tích kết quả tính tốn mơ phỏng số CFD đặc tính khí động lực học của hình dáng đồn xe chở container ban đầu, tác giả đã thực hiện nội dung nghiên cứu về sự ảnh hƣởng của hình dáng thân vỏ đồn xe đến các đặc tính khí động đồn xe thơng qua việc cải tiến hình dáng khí động thân xe từ hình dáng thân vỏ đồn xe ngun bản ban đầu. Đồng thời thực hiện nghiên cứu sự ảnh hƣởng của vị trí xếp container 20 feet trên rơ mc, ảnh hƣởng của khoảng cách tƣơng đối giữa container 20 feet và cabin đoàn xe đến các đặc tính khí động lực học đồn xe nhằm đƣa ra cơ sở khoa học về ảnh hƣởng của khoảng cách tƣơng đối giữa cabin và container đến đặc tính khí động học của đồn xe chở container khảo sát.
Kết quả nghiên cứu, khảo sát với một số mơ hình cải tiến đồn xe nhƣ gắn thêm các biên dạng khí động trên cabin xe, che chắn khe hở giữa cabin và container nhƣ đã khảo sát cho thấy rõ hiệu quả trong việc giúp cải thiện đặc tính khí động lực học cho đoàn xe. Việc cải thiện hình dáng thân vỏ đồn xe này
không làm ảnh hƣởng kết cấu cơ bản của đoàn xe cũng nhƣ container trên xe, nhƣng đã có thể giúp cải thiện đƣợc lực cản khí động học tác động lên đồn xe. Kết quả nghiên cứu này có thể làm cơ sở giúp các nhà chế tạo, khải thác sử dụng đoàn xe chở container thực hiện cải tiến đồn xe của mình nhằm giảm lực cản khí động tác động lên đồn xe trong q trình khai thác đồn xe.
Thơng qua kết quả tính tốn mơ phỏng cho thấy, khi xe lƣu thông với vận tốc cao lực cản khí động tăng nhanh theo tốc độ khai thác. Việc bố trí xe chạy khơng chở theo container và xe chỉ chở 1 container 20 feet với các vị trí đặt khác nhau có ảnh hƣởng đến lực cản khí động tác động lên đoàn xe. Ngồi việc nghiên cứu về vị trí xếp container để có lợi nhất về lực cản khí động, cần thiết phải nghiên cứu thêm về ảnh hƣởng của việc xếp container đến tính an tồn cho xe khi quay vịng, đổi hƣớng xe để có thể có kết luận cụ thể về việc áp dụng giải pháp kỹ thuật này.
Trên cơ sở phân tích kết quả tính mơ phỏng số CFD nhƣ phân bố áp suất và lực tác động lên đoàn xe đã cho thấy nguyên nhân làm tăng hay giảm lực cản khí động tác động lên thân vỏ đoàn xe. Các kết quả nghiên cứu về sự ảnh hƣởng này có thể là cơ sở để tối ƣu hình dáng khí động cho đồn xe để có lợi nhất về lực cản khí động. Nghiên cứu giảm lực cản khí động tác động lên đồn xe chính là nghiên cứu để giảm tiêu hao nhiên liệu cần thiết cho đoàn xe trong quá trình vận tải nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế khai thác đồn xe.
Việc sử dụng cơng cụ mơ phỏng số CFD giúp nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ đƣợc sự phân bố dòng, áp suất tác động lên thân đoàn xe. Đây là việc có thể thực hiện đƣợc bằng thực nghiệm, tuy nhiên tốn kém hơn rất nhiều. Trong q trình nghiên cứu có thể sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu tính tốn mơ phỏng số CFD không những giúp hiểu rõ hơn các vấn đề liên quan thơng qua hình ảnh kết quả mơ phỏng mà cịn có thể giúp giảm bớt đƣợc thời gian và kinh phí cần làm thực nghiệm.
2. Kiến nghị
Trong luận văn này, tác giả đã trình bày nghiên cứu ảnh hƣởng của hình dáng thân vỏ đồn xe chở container đến các đặc tính khí động học đồn xe. Vấn đề ảnh hƣởng của hình dáng thân vỏ đến đặc tính khí động lực học đồn xe chở container là vấn đề rất quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật và giao thông vận tải. Với giới hạn về thời gian nghiên cứu, thời gian tính tốn chạy chƣơng trình trên máy tính, hạn chế của máy tính cá nhân, cũng nhƣ hạn chế về kiến thức chuyên
83
ngành sâu về khí động học ơ tô, tác giả mới chỉ thực hiện đƣợc một số nghiên cứu cơ bản chung và cụ thể đối với một số trƣờng hợp trong khai thác sử dụng của đồn xe chở container nhƣ đã trình bày. Trong thực tế việc nghiên cứu ứng dụng này còn rất nhiều vấn đề khác cần nghiên cứu để có thể hồn thiện vấn đề nghiên cứu này. Vì vậy, em xin đƣợc đề xuất sẽ tiếp tục nghiên cứu tiếp vấn đề này sau khi hồn thành khóa học thạc sĩ tại trƣờng.
Trong quá trình nghiên cứu, để có cơ sở so sánh với các kết quả nghiên cứu lý thuyết, tính tốn mơ phỏng số CFD thì cần có kết quả thực nghiệm để kiểm nghiệm. Trong luận văn này, thông qua những kiến thức thu thập đƣợc từ tài liệu tham khảo, em đã thực hiện quá trình nghiên cứu của mình thơng qua cơng cụ tính tốn mơ phỏng số. Vì vậy, chƣa có điều kiện thực nghiệm trên mơ hình đối với một số mơ hình nghiên cứu là một trong những phần cịn hạn chế trong luận văn này của em. Qua đây em xin đƣợc kiến nghị với các cấp ngành liên quan, cần xây dựng nhiều trung tâm, phịng thí nghiệm khí động học hơn nữa để chúng em có thể thực hiện đƣợc những thí nghiệm của mình trong nghiên cứu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
[1] Lƣơng Ngọc Lợi. Cơ học thủy khí ứng dụng (2011). NXB Bách Khoa, Hà Nội.
[2] Nguyễn Phƣớc Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạc Tân. Thủy lực và
máy thủy lực (1979). NXB đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.
[3] Vũ Duy Quang, Phạm Đức Nhuận (2009). Kỹ Thuật Thủy khí, NXB KHKT. Hà Nội.
[4] Võ Văn Hƣờng, Nguyễn Tiến Dũng, Dƣơng Ngọc Khánh, Đàm Hoàng Phúc. Động lực học ô tô (2014). NXB giáo dục Việt Nam.
[5] Nguyễn Hữu Cẩn, Dƣ Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2005). Lý Thuyết Ơ tơ Máy Kéo, NXB khoa học Kỹ thuật.
[6] Ngô Văn Hệ, Lê Quang (2015). Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng thân
vỏ đến đặc tính khí động của đồn xe chở container, Tạp chí Giao thơng
vận tải, năm thứ 56, số đặc biệt, ISSN:2354-0818, tr. 194-196.
Tiêng anh
[7] Abdulhassan A. K. & Abdessamed K. W (2011). Experimental Determination of Drag Coefficient on Different Automobiles Geometry, Eng.
& Tech. Journal, Vol.29, pp.3043-3057.
[8] Chainani. A, Perera. N, (2008). “CFD Investigation of Airflow on a Model
Radio Control Race Car”, Proceedings of the World Congress on Engineering, Vol II, London, U.K.
[9] Ch. Hakansson, M.J. Lenngren (2010). CFD analysis of aerodynamic trailer
devices for drag reduction of heavy duty trucks. Master thesis of Chalmers
University of technology, Sweden.
[10] Darko D., Drazan K., Marija Z., Zeljko I., Tomislav B (2010).“CFD
analysis of concept car in order to improve aerodynamics”, International Scientific and Expert Conference TEAM 2010, Kecskemot.
85
[11] H. Chowdhury, H. Moria, A. Ali, I. Khan, F. Alam, S. Watkins (2013). A study on aerodynamic drag of a semi – trailer truck. Journal of Procedia Engineering, Vol.56, pp. 201-205.
[12] N.V. He, Y. Ikeda (2013). A Study on Interaction Effects between Hull and
Accommodation on Air Resistance of a Ship. Proceeding of the JASNAOE,
Hiroshima, Japan, Vol.16, pp.278-281.
[13] K. Salari (2013). DOE’s Effort to Improve Heavy Vehicle Aerodynamics though Joint Experiments and Computations. DOE annual merit review,
Lawrence Livermore National Laboratory.
[14] European Federation for Transport and Enviroment AISBL (2010). The case for the exemption of aerodynamic devices in future type – approval legislation for heavy goods vehicles, pp. 1-25.
[15] GM.R. Gandert, V. Raemdonck, J.L. Michel, V. Tooren (2008). Design of an aerodynamic aid for the underbody of trainler within a tractor-trailer combination. BBAA VI International colloquium on Bluff bodies aerodynamic and applications, Milano, Italy, pp.1-14.
[16] K. Mizutani, D. Arai, N.V. He, Y. Ikeda (2013). A Study on Reduction of the Wind Resistance Acting on a Wood Chip Carrier. Proc. of the
JASNAOE, Hiroshima, Japan, Vol.16, pp.282-285.
[17] K. Mizutani, Y. Akiyama, N.V. He, Y. Ikeda (2014). Effects of cargo handling equipment on wind resistance acting on a wood chip carrier.
Proceeding of the JASNAOE, Hiroshima, Japan, Vol.18, ISSN: 2185-1840, pp.421-424.
[18] P. J. Patten, B. McAuliffe, W. Mayda, B. Tanguay (2012). Review of aerodynamic drag reduction devices for havy truck and buses. Technical
Report of NRC-CNRC, Canada, pp.1-120.
[19] http://www.pilotfriend.com/training/flight_training/aero/aero_res.htm [20] http://hyundaitaya.com.vn/san-pham/dau-keo-hyundai-hd700