3.6. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu tới khí động học vỏ xe
3.6.3. Bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe
Giá trị bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe (R1 trên hình 3.1) được thay đổi từ 0 đến 1600 mm với bước nhảy là 200 ,trong khoảng từ 0 đến 100 mm, sinh viên thực hiện đã chọn bước tính là 50 mm. Kết quả tính toán mô phỏng được thể hiện trong bảng 3.4 và trên đồ thị hình 3.23.
Bảng 3.4 - Sự phụ thuộc của Cd vào bán kính góc lượn giữa kính chắn gió phía trước và nóc xe
Khi tăng giá trị bán kính góc lượn giữa kính chắn gió phía trước và nóc xe, hệ số cản Cd giảm xuống rất rõ rệt. Trong bảng số liệu trên, sinh viên thực hiện nhận thấy khi tăng bán kính này từ 0 mm lên 100 mm, hệ số Cd đã giảm mạnh từ 0,4578 xuống còn 0,3879 (tương đương với 15,27%), khi tăng bán kính lên 400 mm thì hệ số Cd tiếp tục giảm xuống còn 0,37261 (tương đương với 18,61%). Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng bán kính góc lượn thì hệ số Cd vẫn giảm nhưng tốc độ giảm không còn nhanh như ban đầu (cụ thể, khi tăng bán kính đến 1600 mm, tức là tăng giá trị bán kính góc lượn tới 8 lần so với giá trị 200 mm thì Cd giảm còn 0,3538, tương đương với giảm 6,87%). Việc khảo sát với bán kính góc lượn rất lớn (tới 1600 mm) được thực hiện nhằm xác định quy luật biến thiên của Cd. Trên thực tế việc lựa chọn sẽ phụ thuộc vào kết cấu và mục đích, yêu cầu thiết kế
Bán kính góc lượn (mm)
0 50 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Hệ số cản Cd
0,458 0,412 0,388 0,378 0,373 0,367 0,364 0,360 0,358 0,356 0,354
Đánh giá ảnh hưởng biên dạng thân xe đến lực cản trên dòng xe du lịch ( Honda City ) bằng phần mềm Ansys - Fluent
SVTH: Lê Sĩ Quân GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung 46
Hình 3.23 - Ảnh hưởng của bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe tới hệ số cản Cd
Quy luật biến thiên hệ số Cd như trên hình 3.23 có thể giải thích được dựa vào các hình ảnh đường dòng trên hình 3.24, hình 3.25, hình 3.26,hình 3.27 và hình 3.28 dưới đây.
Hình 3.24 - Đường dòng khi bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe là 0 mm
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
0 500 1000 1500 2000
Cd
R1(mm)
Đánh giá ảnh hưởng biên dạng thân xe đến lực cản trên dòng xe du lịch ( Honda City ) bằng phần mềm Ansys - Fluent
SVTH: Lê Sĩ Quân GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung 47
Hình 3.25 - Đường dòng khi bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe là 100 mm
Hình 3.26 - Đường dòng khi bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe là 200 mm
Đánh giá ảnh hưởng biên dạng thân xe đến lực cản trên dòng xe du lịch ( Honda City ) bằng phần mềm Ansys - Fluent
SVTH: Lê Sĩ Quân GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung 48
Hình 3.27 - Đường dòng khi bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe là 400 mm
Hình 3.28 - Đường dòng khi bán kính góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe là 1600 mm
Khi quan sát các hình ảnh thu được, có thể nhận thấy rõ nét sự thay đổi của đường dòng bao quanh vỏ xe khi thay đổi bán kính góc lượn giữa kính chắn gió phía trước và nóc xe. Khi không có góc lượn (hình 3.24), không khí chuyển động gặp vỏ xe ngay lập tức sẽ bị tách ra khỏi vỏ. Sau đó, dòng không khí không bám trở lại được bề mặt vỏ xe và chuyển động về phía đuôi xe.
Tuy nhiên, khi có góc lượn giữa kính chắn gió phía trước và nóc xe với bán kính là 200mm (hình 3.26), dòng khí trên nóc cũng bám sát hơn vào bề mặt vỏ xe trong khi chuyển động ra phía sau. Những yếu tố trên chính là nguyên nhân dẫn đến giảm lực cản và giảm hệ số Cd của vỏ xe.
Đánh giá ảnh hưởng biên dạng thân xe đến lực cản trên dòng xe du lịch ( Honda City ) bằng phần mềm Ansys - Fluent
SVTH: Lê Sĩ Quân GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung 49
Khi tăng bán kính góc lượn R1 lên 400 mm (hình 3.27), không khí khi tiếp xúc với vỏ xe luôn bám sát với bề mặt này, hình thành dòng khí chuyển động ổn định trên nóc đi về phía sau xe, hệ số Cd vì thế mà tiếp tục giảm.
Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng bán kính góc lượn, thậm chí lên tới 1600 mm (hình 3.28), hệ số Cd vẫn giảm nhưng không giảm nhiều vì lúc này hệ số Cd phụ thuộc vào độ bám sát của dòng khí lên bề mặt vỏ xe (không khí càng bám sát thì sẽ càng giảm diện tích chênh áp giữa mặt trước và mặt sau xe). Có thể nhận thấy điều này qua hình ảnh đường dòng trong hai trường hợp bán kính bằng 400 mm và 1600 mm. Trong trường hợp bán kính bằng 1600 mm, dường dòng ôm sát bề mặt vỏ xe hơn và khi tách khỏi bề mặt vỏ xe ở phía đuôi xe cũng tạo nên phần đỉnh của vùng xoáy có kích thước nhỏ hơn (vùng màu xanh lơ).
Để minh họa thêm cho sự thay đổi của hệ số Cd khi thay đổi bán kính góc lượn giữa kính chắn gió phía trước và nóc xe, có thể căn cứ trên hình ảnh phân bố áp suất thể hiện ở hình 3.29 và hình 3.30. Khi chưa có góc lượn giữa kính chắn gió phía trước và nóc xe, vùng áp suất dương ở kính chắn gió (vùng màu cam) có kích thước lớn, đồng thời giá trị áp suất dương cực đại đạt tới 1201 Pa, còn vùng áp suất âm phía đuôi xe có giá trị áp suất âm nhỏ nhất là -360,2 Pa. Nhưng khi tạo góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe với bán kính góc lượn 1600 mm, vùng áp suất dương ở kính chắn gió đã thu hẹp lại rất nhiều so với khi chưa có góc lượn này, đồng thời giá trị áp suất dương cực đại cũng giảm xuống còn 1183 Pa, còn giá trị áp suất âm phía đuôi xe cũng tăng lên một chút thành - 294,3 Pa. Từ đó có thể thấy sự chênh áp đã được giảm đi đáng kể giữa phía trước và phía sau của xe, bên cạnh đó là diện tích chịu áp suất dương lớn cũng giảm đi đáng kể.
Điều này dẫn đến giảm lực cản chênh áp khi có góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe, đồng nghĩa với giảm hệ số cản Cd.
Đánh giá ảnh hưởng biên dạng thân xe đến lực cản trên dòng xe du lịch ( Honda City ) bằng phần mềm Ansys - Fluent
SVTH: Lê Sĩ Quân GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung 50
Hình 3.29 - Phân bố áp suất khi góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe bằng 0 mm
Hình 3.30 - Phân bố áp suất khi góc lượn giữa kính chắn gió và nóc xe bằng 1600 mm