3.6. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu tới khí động học vỏ xe
3.6.1. Góc nghiêng kính chắn gió phía trước của xe
Vùng thay đổi giá trị góc nghiêng của kính (góc α trên hình 3.1) được lấy từ 0o đến 65o với bước nhảy của giá trị khảo sát là 10o.
Thực hiện mô phỏng, tính toán theo phương pháp tương tự như đã trình bày trên đây, sinh viên đã thu được các kết quả trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Giá trị Cd phụ thuộc vào góc nghiêng kính chắn gió phía trước
Như vậy, hệ số cản Cd giảm từ 0.8412 xuống 0,4717 khi góc nghiêng kính chắn gió phía trước tăng từ 0o đến 65o (tương đương với 43.93%).
Dựa vào số liệu trong bảng 3.2, sinh viên đã xây dựng được đồ thị sự phụ thuộc của Cd vào góc nghiêng kính chắn gió phía trước của xe như trên hình 3.13.
Có thể nhận thấy rằng, hệ số cản khí động Cd phụ thuộc khá nhiều vào góc nghiêng của kính trước của xe. Hệ số cản giảm dần theo góc nghiêng, giá trị lớn nhất ứng với trạng thái kính trước vuông góc với mặt đường (α = 0) và nhỏ nhất khi α = 650.
Có thể nhận thấy rõ hơn quy luật biến thiên Cd theo α trên đồ thị hình 3.13. Quy luật này gây khó khăn cho việc lựa chọn góc nghiêng hợp lý, bởi vì muốn có Cd nhỏ thì phải tạo góc nghiêng lớn, mà điều này sẽ làm giảm không gian trong xe. Như vậy, người thiết kế cần cân đối giữa việc giảm Cd với không gian sử dụng của xe để lựa chọn góc nghiêng hợp lý.
Góc nghiêng kính chắn gió (o)
0 10 20 30 40 50 60 65
Hệ số cản
Cd 0,841 0.764 0.683 0.620 0.571 0.531 0.491 0.472
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 39
Hình 3.13: Ảnh hưởng của góc nghiêng kính chắn gió phía trước đến hệ số cản Cd
Sự phụ thuộc mạnh của hệ số cản không khí vào góc nghiêng của kính chắn gió được giải thích rõ trên các hình ảnh phân bố áp suất (hình 3.14, 3.15) và hình ảnh đường dòng bao quanh vỏ xe (hình 3.16, 3.17).
Hình 3.14 - Phân bố áp suất khi góc nghiêng kính chắn gió bằng 0o 0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0 20 40 60 80
Cd
α(o)
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 40
Hình 3.15 - Phân bố áp suất khi góc nghiêng kính chắn gió bằng 65o
So sánh hình ảnh phân bố áp suất trên hình 3.14 và 3.15 có thể nhận thấy rõ sự thay đổi của vùng phân bố áp suất ở phần đầu và đuôi xe cũng như giá trị áp suất tại các khu vực này. Với góc nghiêng của kính chắn gió bằng 0o (hình 3.14), vùng áp suất tại kính chắn gió (màu cam) có kích thước rất lớn và giá trị áp suất tại khu vực này là 1532 Pa . Phần sau xe có áp suất âm với giá trị áp suất âm nhỏ nhất ở vùng này là -2152 Pa. Trong khi đó, nếu góc nghiêng của kính chắn gió bằng 65o (hình 3.15), hình ảnh phân bố áp suất cho thấy vùng áp suất tại kính chắn gió (vùng màu cam) đã thu hẹp lại, nhỏ hơn rất nhiều so với hình ảnh phân bố áp suất trên hình 3.14. Cùng với đó, giá trị áp suất cực đại của khu vực này cũng giảm xuống còn 1301 Pa (so với 1532 Pa của trường hợp trên).
Với khu vực phía đuôi xe, giá trị áp suất âm nhỏ nhất cũng giảm, chỉ còn -1461 Pa so với -2152 Pa. Như vậy có thể thấy, sự chênh lệch về áp suất giữa hai trường hợp đã thay đổi đáng kể về giá trị. Thêm vào đó, diện tích chịu áp suất dương lớn ở phía đầu xe trong trường hợp góc nghiêng kính chắn gió bằng 65o cũng giảm xuống rất nhiều khiến cho lực tác động lên mặt trước của xe cũng giảm nhiều so với trường hợp góc nghiêng kính chắn gió bằng 0o. Điều này cho thấy rõ, lực cản do chênh áp giữa mặt trước và mặt sau của vỏ xe trong trường hợp góc nghiêng của kính chắn gió phía trước bằng 65o đã giảm đi khá nhiều so với trường hợp góc nghiêng của kính chắn gió phía trước bằng 0o, đồng nghĩa với việc giá trị Cd cũng được giảm theo tương ứng (thể hiện trong bảng 3.2 và hình 3.13).
Với hình ảnh đường dòng của không khí bao quanh vỏ xe, sinh viên thực hiện cũng nhận thấy có sự thay đổi rõ rệt của các vùng xoáy (hình 3.16 và hình 3.17).
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 41
Hình 3.16 - Đường dòng bao quanh vỏ xe khi góc nghiêng kính chắn gió bằng 0o
Hình 3.17 - Đường dòng bao quanh vỏ xe khi góc nghiêng kính chắn gió bằng 65o
So sánh hai trường hợp trên, có thể thấy khi góc nghiêng kính chắn gió bằng 0o (hình 3.16), vùng xoáy trên nóc phía đầu xe và vùng xoáy ở đuôi xe đều có kích thước khá lớn. Khi tăng góc nghiêng lên đến 650 (hình 3.17), kích thước của cả hai vùng xoáy giảm đi khá nhiều, đặc biệt là vung xoáy phía đầu xe không còn và dòng khí có xu hướng bám vào thành xe hơn so với khi góc nghiêng này bằng 0o.
Những hình ảnh so sánh trên đây giải thích một cách trực quan hiện tượng giảm hệ số cản Cd khi tăng góc nghiêng của kính chắn gió.
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 42
3.6.2. Góc nghiêng kính hậu
Với phương pháp luận tương tự như trình bày ở mục 3.6.1, sinh viên đã thực hiện mô phỏng và tính toán cho trường hợp thay đổi góc nghiêng kính hậu (góc β ). Các kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 - Giá trị Cd phụ thuộc vào góc nghiêng kính hậu Góc nghiêng
kính sau β (o) 0 10 20 30 40 50 60 70
Hệ số cản Cd 0,534 0,5264 0,5125 0,5012 0,4892 0,4735 0,463 0,4503
Các kết quả tính toán trên cũng được trình bày dưới dạng đồ thị như trên hình 3.18.
Hình 3.18 - Ảnh hưởng của góc nghiêng kính phía sau xe đến hệ số cản Cd
Có thể nhận thấy, góc nghiêng của kính hậu có ảnh hưởng không đáng kể tới hệ số cản Cd. Khi góc nghiêng thay đổi từ 0o đến 70o, hệ số cản Cd chỉ giảm từ 0.534 xuống 0.4503 (tương đương với 15,675%).
Dựa vào hình ảnh phân bố áp suất (hình 3.19, 3.20) và hình ảnh đường dòng (hình 3.21, 3.22) thu được từ kết quả mô phỏng, có thể nhận thấy tại sao góc nghiêng của kính phía sau xe lại có ảnh hưởng không đáng kể tới hệ số cản Cd như vậy.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0 20 40 60 80
Cd
β(o)
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 43
Hình 3.19 - Phân bố áp suất khi góc nghiêng kính sau bằng 0o
Hình 3.20 - Phân bố áp suất khi góc nghiêng kính sau bằng 70o
Trên hình 3.19 và hình 3.20, vùng áp suất dương phía đầu xe gần như giống nhau hoàn toàn (cả về giá trị và kích thước của vùng áp suất), còn vùng áp suất âm phía đuôi xe cũng chỉ sai lệch một chút về diện tích và kích thước của vùng phân bố, còn giá trị áp suất âm ở phía đuôi xe giá thay đổi không quá lớn (-671,5 Pa so với -770,8 Pa). Điều này dẫn đến lực cản do chênh áp giữa phần đầu và đuôi xe sẽ chênh nhau không đáng kể, nên hệ số cản Cd trong hai trường hợp gần như không thay đổi.
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 44
Hình 3.21 - Đường dòng khi góc nghiêng kính hậu bằng 0o
Hình 3.22 - Đường dòng khi góc nghiêng kính hậu bằng 70o
Với hình ảnh đường dòng thể hiện trên hình 3.21 và hình 3.22, có thể nhận thấy vùng không khí phía sau đuôi xe có sự thay đổi rất ít theo góc vát (phần không khí phía đầu xe và trên nóc xe gần như không thay đổi). Chính vì vậy mà lực cản không khí và hệ số cản Cd thay đổi không đáng kể theo góc nghiêng của kính hậu.
Như vậy, với mô hình khảo sát đã chọn, góc nghiêng của kính hậu hầu như ảnh hưởng rất ít đến 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 45