7. Kết cấu của luận án
2.4. Lựa chọn phương pháp tính tốn mơ phỏng dịng chảy trên tuyến luồng hàng hải
2.4.3. Giới thiệu phần mềm Flow-3D
Flow-3D là phần mềm thương mại, mơ phỏng dịng chảy 3 chiều được phát triển bởi công ty Flow Science, Inc, Mỹ [28], [74], [75]. Ứng dụng mơ hình Flow-3D để đánh giá dịng chảy trong hồ, kênh hoặc dòng chảy tràn tại các đập nước. Có nhiều cơng bố kết quả cho thấy: Các giá trị đầu ra như vận tốc, độ sâu dịng chảy, áp suất,… có sự tương đồng giữa thực đo và tính tốn.
Tuy nhiên, việc kiểm định độ chính xác của mơ hình này vẫn là một câu hỏi lớn cần được thực hiện bằng những cơng trình cụ thể.
Phương pháp nghiên cứu:
Mơ hình tốn Flow-3D sử dụng phương trình Navier-Stoke làm phương trình chủ đạo. Phương trình này là sự kết hợp của hai phương trình bảo tồn khối lượng và động lượng. Hai phương trình này chỉ có thể giải được bằng toán học trong một số bài tốn dịng chảy có điều kiện đơn giản.
Để giải được hệ phương trình Navier Stoke trong trường hợp dòng rối sử dụng một số phương pháp phổ biến sau:
Dùng lý thuyết trung bình này để giải quyết phương trình vi phân chuyển động của dịng chảy chính là kỹ thuật tính tốn mơ phỏng của phương pháp RANS. Hiện nay các nhà khoa học đã phát triển phương pháp này để giải quyết các bài toán bất ổn định, như [8], [66]: Unsteady RANS và DES (Detached Eddy Simulation) đã được sử dụng để khắc phục các yếu điểm của RANS và tỏ ra rất có thế mạnh cho các bài tốn nhiều pha và bài tốn liên quan đến dịng chảy, hiện tượng xâm thực,...
Ưu điểm và hạn chế của Flow - 3D
- Sử dụng mơ hình một phương trình (k - ε) để giải quyết một phương trình đối lưu chảy rối, hoặc mơ hình hai phương trình (k - ε), đây là một trong những mơ hình phổ biến nhất của các mơ hình chảy rối. Mơ hình chảy rối hai phương trình bao gồm thêm hai phương trình đối lưu để mơ tả cho tính chảy rối của dịng chảy. Thơng thường một trong các biến đối lưu là động năng chảy rối (k), biến đối lưu thứ hai khác nhau phụ thuộc vào kiểu của mơ hình hai phương trình. Lựa chọn phổ biến là tiêu tán rối (ε). Mặt khác, trong Flow- 3D, mơ hình RNG được khuyến khích sử dụng và được cho rằng có độ chính xác hơn so với các mơ hình dịng rối khác. Mơ hình này dùng chung hai phương trình với mơ hình (k - ε), tuy nhiên những giá trị hằng số thực nghiệm trong phương trình (k - ε) sẽ được tìm dưới dạng hiện.
- Khi nghiên cứu phần mềm Flow - 3D mơ phỏng dịng chảy 3 chiều được sử dụng chủ yếu trong đập tràn, hoặc khu vực nhỏ, như: Hồ, ao, máng,… lúc đó độ chính xác khá cao;
- Lựa chọn kích thước lưới hợp lý cho ơ tính tốn là một nhiệm vụ rất quan trọng. Giá trị này ảnh hưởng không chỉ đến độ chính xác của mơ hình mà cịn cả thời gian tính tốn. Do đó, số lượng ơ tính tốn cần được khống chế ít nhất có thể, nhưng vẫn phải đảm bảo đủ độ phân giải thể hiện mối quan hệ giữa dòng chảy và các điều kiện liên quan khác.
- Tuy nhiên, ngoài yếu tố con người, điểm quan trọng là việc lựa chọn điều kiện biên bám sát thực tiễn, nếu khơng sẽ khơng đảm bảo độ chính xác của bài tốn. Mặt khác, cần có các nghiên cứu cơng bố trước đó để tham khảo và so sánh, đây cũng là một tiêu chí phải quan tâm khi nghiên cứu.
Tóm lại: Thực tiễn cịn nhiều phần mềm khác có tính năng tính tốn mơ
phỏng dịng chảy, tùy theo mục đích sử dụng. NCS lựa chọn ba phần mềm có tính chất đặc trưng liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu, từ đó phân tích tổng quan và đánh giá ưu điểm và hạn chế của từng phần mềm. Xuất phát từ mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và phục vụ hiện thực hóa nội dung cần giải quyết phù hợp chuyên ngành Khoa học hàng hải. Mặt khác, NCS đã có thời gian dài nghiên cứu kỹ, có thế mạnh trong ứng dụng CFD, vì vậy NCS lựa chọn và sử dụng CFD để tính tốn mơ phỏng dịng chảy trên tuyến luồng hàng hải, áp dụng tuyến luồng hàng hải Hải Phòng trong chương 3.