CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU GIẢM LỰC CẢN KHÍ ĐỘNG TÁC ĐỘNG LÊN THÂN TÀU CHỞ HÀNG SÔNG
4.1. Ảnh hưởng của tư thế khai thác tàu đến lực cản khí động
Trong phần này hai tư thế khai thác tàu với tư thế tàu cần bằng với góc ngóc mũi 0 độ và tư thế tàu có góc ngóc mũi 3 độ sẽ được đưa ra phân tích khảo sát các đặc tính khí động học trong dải vận tốc khai thác tàu tương ứng với cấp gió từ cấp 1 đến cấp 5.
Hình 4.1. Mô hình tàu sử dụng trong nghiên cứu ảnh hưởng của tư thế tàu với góc ngóc mũi tàu 0 và 3 độ
51
Trên cơ sở thực hiện các tính toán mô phỏng số khảo sát đặc tính khí động học thân tàu như đã thực hiện tại các bước tính toán mô phỏng như trong chương trước đã trình bày. Trong phần này sẽ thực hiện phân tích đánh giá sự ảnh hưởng của việc thay đổi tư thế tàu đến các đặc tính khí động học và lực cản khí động tác động lên thân tàu chở hàng sông khảo sát. Hình 4.1 – 4.4 thể hiện các kết quả tính toán mô phỏng thu được về áp suất và dòng bao quanh thân tàu khảo sát tại tư thế khai thác tàu với góc ngóc mũi 3 độ ở vận tốc khảo sát.
Z=2.2m:
Z=2.5m:
Hình 4.2. Phân bố áp suất bao quanh thân tàu khảo sát tại một số mặt cắt đặc biệt, với góc ngóc mũi 3 độ tại Rn=6.2x106
52 Z=2.2m:
Z=2.5m:
Z=3m:
Hình 4.3. Phân bố vận tốc dòng bao quanh thân tàu khảo sát tại một số mặt cắt đặc biệt, với góc ngóc mũi 3 độ tại Rn=6.2x106
53
Hình 4.4. Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân tàu khảo sát, với góc ngóc mũi 3 độ tại Rn=6.2x106
54 Z=2.2m:
Z=2.5m:
Z=3m:
Hình 4.5. Phân bố áp suất bao quanh thân tàu khảo sát tại một số mặt cắt đặc biệt, với góc ngóc mũi 3 độ tại Rn=11.2x106
55 Z=2.2m:
Z=2.5m:
Z=3m:
Hình 4.6. Phân bố vận tốc dòng bao quanh thân tàu khảo sát tại một số mặt cắt đặc biệt, với góc ngóc mũi 3 độ tại Rn=11.2x106
56
Hình 4.7. Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân tàu khảo sát, với góc ngóc mũi 3 độ tại Rn=11.2x106
57
Từ kết quả phân bố áp suất và vận tốc dòng bao quanh thân tàu trong tư thế khảo sát với góc ngóc mũi 3 độ của tàu khảo sát cho thấy rõ sự ảnh hưởng đến phân bố áp suất và dòng bao quanh thân tàu. Từ kết quả cho thấy vùng diện tích áp suất cao tác động lên bề mặt mũi tàu ở tư thế ngóc mũi 3 độ tăng lên so với tư thế tàu cân bằng với góc ngóc mũi 0 độ. Tuy nhiên từ hình ảnh cũng cho thấy, trong tư thế ngóc mũi 3 độ, một phần diện tích vùng áp suất cao trên thượng tầng tàu đã bị giảm đi do ảnh hưởng của góc ngóc mũi tàu. Những vấn đề ảnh hưởng trên thân tàu này có thể làm thay đổi lực cản khí động tác động lên thân tàu.
Hình 4.8 thể hiện kết quả tính toán so sánh lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát trong các trường hợp ứng với tư thế tàu cân bằng và tàu có góc ngóc mũi 3 độ. Kết quả tính toán lực cản khí động tác động lên thân tàu trong tư thế tàu ngóc mũi 3 độ được thể hiện chi tiết trong bảng 4.1.
Hình 4.8. Lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát trong các tư thế tàu cân bằng và tàu có góc ngóc mũi 3 độ
58
Bảng 4.1: Các thành phần lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát
106xRn
Ra CT
Áp suất Ma sát Tổng Áp suất Ma sát Tổng 6.26 79.7980 5.3979 85.1959 0.9097 0.0615 0.9713 8.67 151.6999 9.7662 161.4661 0.8824 0.0568 0.9392 11.2 239.5849 14.8093 254.3942 0.8430 0.0521 0.8951 13.6 353.3394 20.6182 373.9576 0.8323 0.0486 0.8808 18.67 583.7182 34.6321 618.3502 0.7394 0.0439 0.7833
Bảng 4.2: So sánh các thành phần lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát với trường hợp tàu ở tư thế cân bằng, góc ngóc mũi 0 độ
106xRn
%Ra %CT
Áp suất Ma sát Tổng Áp suất Ma sát Tổng
6.26 1 1 1 1 1 1
8.67 0 1 0 0 1 0
11.2 -4 1 -4 -4 1 -4
13.6 -6 2 -5 -6 2 -5
18.67 -5 4 -4 -5 4 -4
Kết quả tính toán và so sánh giữa hai trường hợp tính toán khảo sát tàu ở tư thế cân bằng và tàu ở tư thế có góc ngóc mũi 3 độ cho thấy. Trong dải vận tốc thấp tương ứng với Rn < 8.67x106 thì các thành phần lực cản khí động tác động lên tàu
59
gần như không thay đổi so với nhau. Khi dải vận tốc tăng lên, thì có sự thay đổi về lực cản khí động tác động lên thân tàu. Theo tính toán mô phỏng cho thấy sự thay đổi lực cản ở mức lớn nhất là 6%. Trong dải vận tốc khảo sát tương ứng với Reynold trong khoảng từ 11.2x106 đến 18.6 x 106 lực cản khí động tác động lên thân tàu trong tư thế khai thác có góc ngóc mũi 3 độ giảm hơn so với tư thế tàu cân bằng đến 5% tổng lực cản khí động. Khi vận tốc tăng lên lực cản khí động tác động lên thân tàu trong tư thế có góc ngóc mũi 3 độ lại tăng hơn so với tư thế khai thác tàu cân bằng.
Trong thực tế nghiên cứu thiết kế tàu, có thể thấy tư thế tàu khai thác còn ảnh hưởng đến vấn đề cân bằng ổn định của tàu. Chính vì vậy, để đảm bảo an toàn cho tàu khai thác tốt thì bên cạnh việc khai thác tàu với các tư thế có lợi nhất về lực cản khí động tác động lên thân tàu, thì cần thiết phải đảm bảo tính cân bằng ổn định của tàu, đảm bảo sự an toàn cho người và hàng hóa trên tàu.