tai lieu, luan van135 of 98.
Hình 5.35 Trường dịng trước, sau khi hiệu chỉnh hình dáng tàu tại vận tốc 20 hải lý / giờ
Hình 5.36 Hệ số sức cản áp suất và sức cản nhớt trước và sau giải thuật hiệu chỉnh Kết quả tính tốn mơ phỏng thể hiện sự cải thiện về mặt sức cản khi vận tốc thiết kế Kết quả tính tốn mơ phỏng thể hiện sự cải thiện về mặt sức cản khi vận tốc thiết kế tàu tăng dần, càng được thể hiện rõ trong phạm vi Fn 0.1 – 0.4, đặc biệt là hệ số sức cản áp suất. Kết quả này là do việc kết hợp điều chỉnh các thơng số hình dáng tàu LCB, CB, CM và CWP phù hợp, bên cạnh việc ràng buộc các kích thước cơ bản khác khơng thay đổi so với tàu mẫu. Như vậy, kết quả tính tốn mơ phỏng thể hiện tính hiệu quả của giải thuật hiệu chỉnh tàu dựa trên thuật giải tối ưu di truyền và mơ hình tốn NUBS.
Kếđến, nghiên cứu tiến hành đánh giá ảnh hưởng tuyến luồng sông biển dựa trên mối quan hệ giữa độ sâu luồng lạch và sức cản toàn tàu. Trong luận án này, NCS phân loại ảnh hưởng độ sâu luồng lạch dựa trên các cơng trình nghiên cứu của Otto, tổ chức Cảng - Đường thủy thế giới (PIANC), ITTC 2014 như trong Bảng 5.15. Và kết quảđược trình bày tại Hình 5.38 – 5.45 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Fn 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17
HE SO SUC CAN AP SUAT Cp [x1000]
TAU MAU 128 TEU TAU HIEU CHINH
119
Bảng 5.15 Phân loại ảnh hưởng độ sâu luồng lạch
Mức độ Độ sâu lulạch ồng Frh Ảnh hưởng tới tàu Luồng tiêu biểu tại Việt Nam
Nước sâu H/T>3.0 0.4 Không ảnh hưởng Cái Mép, Thị Vải
Nước trung bình 1.5< H/T <3.0 0.6 Đáng chú ý Sồi Rạp
Nước nơng 1.2< H/T <1.5 0.73 Nghiêm trọng Hàm Lng
Hình 5.37 Trường áp suất tàu tại độ sâu luồng lạch không hạn chế và H/T = 1.6 (vận tốc 10 hải lý / giờ)
tai lieu, luan van137 of 98.
Hình 5.38 Trường dịng tại độ sâu luồng lạch khơng hạn chế và H/T = 1.6 (vận tốc 10 hải lý / giờ)
Hình 5.39 Trường áp suất tàu tại H/T = 1.6 (vận tốc 14 hải lý / giờ)
Hình 5.40 Trường dòng tại H/T = 1.6 (vận tốc 14 hải lý / giờ)
121
Hình 5.41 Hệ số sức cản nhớt ảnh hưởng bởi độ sâu luồng lạch
Hình 5.42 Hệ số sức cản áp suất ảnh hưởng bởi độ sâu luồng lạch
tai lieu, luan van139 of 98.
Hình 5.43 Hệ số sức cản tồn tàu ảnh hưởng bởi độ sâu luồng lạch
Hình 5.44 Sức cản tồn tàu ảnh hưởng bởi độ sâu luồng lạch
Dựa trên kết quả tính tốn, hệ số sức cản tàu tăng khi độ sâu tuyến luồng giảm là do
trường gradient áp suất tăng dần dẫn đến sức cản toàn tàu tăng. Kết quả tính tốn mơ phỏng thể hiện rằng tàu mẫu container chạy tuyến luồng SB trong nghiên cứu này có độ gia tăng sức cản rất lớn tương ứng hệ số Fn theo vận tốc lớn hơn 0.25 và tỉ lệđộ sâu luồng lạch H/T nhỏ hơn 3.3. Việc này sẽ tác động đáng kể đến hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu trong q trình khai thác thơng qua việc giảm sức cản và cũng cần thêm các khảo sát chi
123
tiết vềđộ sâu tuyến luồng, vận tốc tới hạn phù hợp với kích thước từng nhóm tàu container theo từng đặc thù khu vực của tuyến luồng pha sông biển Việt Nam.
5.4. Thảo luận:
Chương này đã thực hiện được các nội dung đánh giá sau:
- Đánh giá hiệu quả hình dáng tàu theo hàm mục tiêu sức cản dựa trên giải thuật tối
ưu, từđó đề xuất thơng sốhình dáng cơ bản gồm hoành độ tâm nổi LCB, hệ sốbéo lăng
trụ Cp, hệ sốbéo sườn giữa CM và các hệ số hình dáng khác.
- Đánh giá mơ hình tốn NUBS của tuyến hình tàu container SB
o Xử lý mất liên tục khu vực đoạn thân ống, vùng mũi và lái tàu saubiến đổi
Lackenby
o Tự động hóa làm trơn tồn cục đường cong hình dáng tàu SAC theo nghịch đảo ma trận không vuông trong luận án
- Đánh giá hình dáng tàu container SB có xét ảnh hưởng theo vùng nước có độ sâu hạn chế bằng cơng cụ tính tốn mơ phỏng số chun dụng
o Tại giá trị vận tốc thấp dưới 8 hải lý/giờ, tương ứng với hệ số Fn nhỏ hơn 0.16, việc ảnh hưởng tối ưu thơng số hình dáng không đáng kể do sự nổi trội của thành phần lực cản nhớt.
o Tuy nhiên, với hệ số Fn lớn hơn 0.16 và nhỏ hơn 0.35, chênh lệch thành phần sức cản của hình dáng tàu trước và sau tối ưu tăng dần. Cụ thể tại giá trị vận tốc thiết kế lá 10 hải lý/giờ, tương ứng Fn là 0.19, hệ số sức cản sóng giảm 18.27 %, hệ số sức cản nhớt giảm 2.24 %, hệ số sức cản toàn tàu giảm 8.05 % so với tàu mẫu , thành phần sức cản tạo sóng giảm đáng kể khi vận tốc tàu tăng. Kết quả chứng tỏ hiệu quả của giải thuật tối ưu di truyền và mơ hình tốn NUBS trong luận án có thể áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ nhằm đề xuất hình dáng tàu container phù hợp tuyếnluồng sơng biển Việt Nam. tai lieu, luan van141 of 98.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Luận án đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu đặt ra là nghiên cứu đề xuất hình dáng tàu chở container phù hợp tuyến luồng sông biển Việt Nam trong giai đoạn thiết kếsơ bộ. Kết quảđạt được của luận án thể hiện sự cải thiện sức cản và chất lượng hình học so với với tàu mẫu, bước đầu q trình tích hợp tự động hóa thiết kế hình dáng cho nhóm tàu container sơng biển cỡ nhỏdưới 5000 tấn, thể hiện qua những đóng góp khoa học và thực tiễn như sau.
+ Luận án đã nghiên cứu và xây dựng được hàm mục tiêu sức cản dựa trên phương pháp
bán thực nghiệm Holtrop, bổ sung ảnh hưởng độ sâu tuyến luồng được thể hiện bao gồm: - Hàm mục tiêu gồm thành phần sức cản ma sát, sức cản hình dáng và sức cản sóng chịu ảnh hưởng bởi sựthay đổi các hệ số hình dáng tàu.
o Diện tích mặt ướt, lượng chiếm nước, các hệ số hình dáng tàuđược tính tốn từ bảng trị số tuyến hình dựa trên tích phân hữu hạn đường cong diện tích sườn thay cho cơng thức kinh nghiệm, cải thiện độ chính xác trong hàm mục tiêu sức cản. Kết quả sai lệch dưới 2% so với phần mềm thiết kế tàu chuyên dụng Maxsurf, đáng tin cậy trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.
o Giá trị hàm mục tiêusức cản trong phạm vihệ số Fn là 0.1 – 0.26 với sai số hệ số sức cản dưới 3% là hoàn toàn tin cậy trong khoảng vận tốc hoạt động của tàu container SB và phù hợp với các cơng trình thực nghiệm đã công bố. - Hàm ràng buộc độ sâu tuyến luồng bổ sung hệ số sức cản hình dáng k theo tỉ số
mớn nước thiết kế/ độ sâu luồng và các hệ số biến đổi hình dáng liên quan vào hàm mục tiêu sức cản.
Kết quả nghiên cứu về tích phân số trong tính tốn hình dáng tàu và hàm mục tiêu sức cản đã được công bố trên cơng trình số (1) và (2).
+ Luận án đã nghiên cứu và xây dựng thành cơng thuật tốn tối ưu hóa và các lưu đồ thực hiện giải thuật di truyền áp dụng cho bài tốn phân tích, chọn lựa thơng số hình dáng tàu container phù hợp tuyến luồng sơng biển theo hướng giảm sức cản. Kết quả tính toán thể
125
hiện GA là phương pháp tối ưu phù hợp và cho kết quả đáng tin cậy với cách tiếp cận thiết kế theo tàu mẫu. Cơ chế mã hóa các biến số tối ưu và điều kiện ràng buộc như sau:
- Hàm mục tiêu : R= RF (1+k1)+Rw
- Biến số và các ràng buộc : LCB, CP, CM và các hệ số liên quan
Kết quả tính tốn cho thấy ở vận tốc thiết kế 10 hải lý / giờ, tương ứng với hệ số Fn là 0.2, hệ số sức cản sóng giảm 7.57 %, hệ số sức cản nhớt giảm 4.47 %, hệ số sức cản toàn tàu giảm 5.53 % so với tàu mẫu. Kết quả tính tốn cho thấy tính hiệu quả của giải thuật di truyền trong đề xuất nhóm hệ số hình dáng LCB, Cp, CM và các hệ số liên quan thỏa hàm mục tiêu sức cản. Trong luận án này, bài toán nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho tàu container chạy tuyến sông biển được giải quyết bằng việc tối ưu hóa thiết kế hình dáng thân tàu, nhằm giảm sức cản thân tàu, từ đó tiết kiệm được nhiên liệu cho tàu và góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường. Kết quả nghiên cứu về giải thuật tối ưu được cơng bố trên cơng trình số (2).
+ Luận án đã nghiên cứu và xây dựng thành cơng mơ hình tốn NUBS đề xuất cho hình dáng tàu container, thỏa hàm mục tiêu cải thiện sức cản. Đây là mơ hình tốn hình học hiệu quả và có tính ứng dụng cao trong giai đoạn thiết kếsơ bộ và thiết kế kỹ thuật. Kết quả tính tốn thể hiện tính hiệu quả qua các tiêu chí đánh giá như sau.
- Đánh giá mơ hình tốn NUBS của tuyến hình tàu container SB
o Xử lý mất liên tục khu vực đoạn thân ống, vùng mũi và lái tàu sau biến đổi
Lackenby bằng hàm cơ sở NUBS cho đường cong hình dáng SAC
o Tự động hóa làm trơn tồn cục đường cong hình dáng tàu SAC theo nghịch đảo ma trận không vuông trong luận án. Việc nghiên cứu xây dựng giải thuật nghịch đảo ma trận khơng vng NUBS cho bài tốn đường cong diện tích sườn SAC thể hiện tính hiệu quả cao. Tập hợp điểm điều khiển và vector nút phù hợp của NUBS được xây dựng trong luận án này là hoàn toàn phù hợp
- Đánh giá hình dáng tàu container SB có xét ảnh hưởng theo vùng nước có độ sâu hạn chế bằng cơng cụ tính tốn mơ phỏng số chuyên dụng, được thể hiện trong phần thảo luận chương 5
tai lieu, luan van143 of 98.
Hàm tốn NUBS cho hình dáng tàu trong luận án là cơ sởđể mở rộng áp dụng cho các mẫu tàu container chạy tuyến luồng sông biển khác tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu về hàm tốn NUBS cho hình dáng tàu container SB và quy trình đánh giá sức cản dựa trên tính tốn mơ phỏng số CFD được thể hiện qua cơng trình số (3), (4) và (5).
Đề xuất
Trong luận án này, cơ sở dữ liệu tuyến hình tàu được thiết lập theo tích phân số thay cho các công thức kinh nghiệm (không dựa trên dữ liệu tuyến hình) trong các nghiên cứu
trước đây. Điều này giúp cải thiện độ chính xác trong hàm mục tiêu tối ưu sức cản, điều
mà các đơn vị tư vấn thiết kếchưa có điều kiện thực hiện. Tuy nhiên, đối với sốlượng khoảng sườn lý thuyết được quy định khác nhau trong từng bản vẽ tuyến hình, khơng thể
áp dụng triển khai trực tiếp theo tích phân số mà cần có các nội suy quy đổi sốlượng sườn lý thuyết bổsung để có tính tốn hợp lý. Do vậy, q trình tính tốn có thể xem xét chia nhỏ hình dáng tàu thành các tổng đoạn độc lập để giải quyết.
Nội dung nghiên cứu của luận án xây dựng được hàm toán NUBS cho tàu container, có thể áp dụng cho các mẫu tàu với kích thước cơ bản khác nhau theo đặc trưng tuyến luồng sông biển Việt Nam. Tuy nhiên, đối với tuyến hình tàu có mũi quả lê, việc xây dựng hàm toán NUBS cần bổ sung các trọng số tại khu vực mũi tàu đểđảm bảo hình dáng phù hợp với thiết kế tối ưu. Đề xuất nghiên cứu, đánh giá các thành phần sức cản chịu ảnh
hưởng của mũi quả lê trong những nghiên cứu độc lập khác.
Với những kết quảđạt được trong luận án, cơ sở dữ liệu hình học NUBS cho hình
dáng tàu đóng vai trị quan trọng cho hướng nghiên cứu đẳng hình học IGA (Isogeometric analysis), tích hợp tựđộng hóa thiết kế hình dáng tàu vào các mảng nghiên cứu khác trong
bài toán cơ học lưu chất và bài toán cơ học vật rắn.
127
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CỐNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH
Đăng tạp chí trong nước
[1] Nguyễn Thị Ngọc Hoa, Vũ Ngọc Bích, “Tự động hóa biến đổi thơng số hình dáng tàu áp dụng phương pháp Lackenby,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Giao thông vận tải, Số 31-02/2019, trang 27-34, 2019 (ISSN 1859-4263)
[2] Nguyễn Thị Ngọc Hoa, Lê Tất Hiển, Vũ Ngọc Bích, “Tối ưu thơng số hình dáng tàu
theo hướng giảm sức cản áp dụng giải thuật di truyền,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ
Giao thơng vận tải, Số 33-08/2019, trang 16-23, 2019 (ISSN 1859-4263)
[3] Nguyen Thi Ngoc Hoa, Le Tat Hien, Vu Ngoc Bich, “Giải thuật Nurbs cho đường
nước thiết kế dựa trên biến đổi đường cong diện tích sườn,” Science & Technology
Development Journal - Engineering and Technology (STDJ-ET), 2019. (ISSN 1859-
0128)
Đăng tạp chí quốc tế ISI / hội nghị quốc tế
[4] Nguyen Thi Ngoc Hoa, Vu Ngoc Bich, Tran Ngoc Tu, Nguyen Manh Chien, and Le
Tat Hien, “Numerical Investigating the Effect of Water Depth on Ship Resistance Using RANS CFD Method,” Polish Marit. Res., vol. 26, no. 3, pp. 56–64, 2019 (ISSN 2083-7429, ISI-Q2).
[5] T. H. Le, N. B. Vu, N. H. N. Thi, H. Tran, V. T. Tran, and D. A. Nguyen, “Parametric Hull Form Variation-based Genetic Algorithm for Reduced Ship Resistance,” in International Conference on Advanced Mechatronic Systems, ICAMechS, 2020, vol. 2020-December, doi: 10.1109/ICAMechS49982.2020.9310110.
tai lieu, luan van145 of 98.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] UNCTAD, Review of Maritime Transport. 2019.
[2] M. L. Vũ Thành, “Hiệu quảrõ nét sau 3 năm hoạt động đường sơng pha biển,” Tạp chí giao thơng, 2017.
[3] WorldBank.org, “Phát Triển Bền Vững Vận Tải Đường Thủy Nội Địa Tại Việt Nam: Tăng Cường Khuôn Khổ Pháp Lý, Thể Chế Và Tài Chính,” 2019.
[4] C. James Kruse, C. A. Morgan, and N. Hutson, “Potential policies and incentives to encourage movement of containerized freight on texas inland waterways,” 2009.
[5] B. Luis C. and M. B. El-Hifnawi, “Thúc đẩy Thương mại thông qua Giao thơng vận tải có sức cạnh tranh và ít khí thải: Đường thủy Nội địa và Ven biển ở Viêt Nam,” Việt Nam, 2014.
[6] S. Kos, L. Vukić, and D. Brčić, “Comparison of External Costs in Multimodal Container Transport Chain,” PROMET - Traffic&Transportation, 2017, doi: 10.7307/ptt.v29i2.2183. [7] P. T. W. Lee, K. C. Hu, and T. Chen, “External costs of domestic container transportation:
Short-sea shipping versus trucking in Taiwan,” Transp. Rev., 2010, doi: 10.1080/01441640903010120.
[8] J. E. Oh et al., “Giải quyết Vấn đề Biến đổi Khí hậu trong ngành Giao thơng Vận tải - Lộ trình Hướng tới Vận tải Phát thải Các-bon Thấp,” 2019.
[9] Bộ Giao thông vận tải, “Quyết định số2495/QĐ-BGTVT về việc công bố tuyến vận tải ven biển từ Quảng Ninh đến Quảng Bình,” 2014.
[10] Bộ Giao thông vận tải, “Quyết định số 3365/QĐ-BGTVT công bố tuyến vận tải ven biển từ Bình Thuận đến Kiên Giang,” 2014.
[11] Bộ Giao thông vận tải, “Quyết định số3733/QĐ-BGTVT về công bố tuyến vận tải ven biển từ Quảng Bình đến Bình Thuận,” 2014.
[12] Nguyễn Thanh Sơn, Tính tốn thủy văn. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013. [13] H. V. HUÂN, “Diễn biến lịng dẫn hệ thống sơng hạdu sơng Đồng NaiSài Gòn và kiến nghị
các giải pháp phòng tránh,” Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Mơi trường, vol. 23,
2008.
[14] T. B. Nguyễn and Đ. T. Mai, “Kết quảphân tích và đánh giá bồi lấp vùng cửa kênh tắt của tuyến luồng vào sông hậu,” Tạp chí khoa học và cơng nghệ thủy lợi, vol. 46, 2018.
[15] Đ. A. Ngô, A. T. Vũ, T. H. Nguyễn, and T. B. Nguyễn, “Ứng dụng kết hợp ảnh Sentinel-1 và tỉ số Radar Change Ratio trong nghiên cứu biến động diện tích rừng với khu vực thử