CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC THÂN TÀU CHỞ HÀNG SÔNG THÔNG QUA SỬ DỤNG CFD
3.4. Kết quả khảo sát đặc tính khí động học thân tàu chở hàng sông
Sau quá trình thực hiện tính toán, kết quả thu được sẽ được thực hiện xuất và xử lý nhằm phân tích và giải quyết vấn đề đặt ra. Việc xử lý kết quả tính toán, và xuất dữ liệu tính toán được người dùng sử lý theo yêu cầu của bài toán, cần có dữ liệu gì và cần thông số gì. Khi đó sẽ có công cụ để lấy các dữ liệu cần thiết từ các kết quả tính toán đã thực hiện.
Hình 3.6-3.11 thể hiện một số kết quả tính mô phỏng số phân bố áp suất bao quanh thân tàu và dòng bao quanh thân tàu khảo sát theo dải vận tốc khảo sát.
Những kết quả này là cơ sở để phân tích các đặc tính khí động học tác động lên thân tàu khảo sát.
Hình 3.6. Phân bố áp suất bao quanh tàu tại một số mặt cắt, Rn=6.2x106
41 Z=2.2m:
Z=2.5m:
Z=3m:
Hình 3.7. Phân bố dòng bao quanh thân tàu, tại Rn=6.2x106
42
Hình 3.8. Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân tàu khảo sát, tại Rn=6.2x106
43 Z=2.2m:
Z=2.5m:
Z=3m:
Hình 3.9. Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân tàu khảo sát, tại Rn=18.6x106
44 Z = 2.2m:
Z = 2.5m:
Z = 3m:
Hình 3.10. Phân bố dòng bao quanh thân tàu, tại Rn=18.6x106
45
Hình 3.11. Phân bố áp suất trên bề mặt diện tích thân tàu khảo sát, tại Rn=18.6x106
46
Từ các kết quả tính toán thu được bao gồm phân bố áp suất và phân bố dòng bao quanh thân tàu khảo sát thể hiện trên các hình trên cho thấy:
- Khi thay đổi vận tốc khảo sát tàu, các vùng diện tích phân bố áp suất và dòng xoáy bao quanh tàu thay đổi theo tương ứng. Như vậy, sự thay đổi phân bố áp suất và dòng bao quanh tàu tùy thuộc vào vận tốc khai thác tàu hay cấp gió trong điều kiện khai thác tàu khác nhau. Từ đây có thể thấy, với mỗi loại tàu khác nhau, thân tàu được thiết kế phù hợp với điều kiện khai thác nhằm đạt được những điểm lợi về đặc tính khí động học hình dáng cũng như hạn chế ảnh hưởng của hình dáng đến đặc tính khí động học cho tàu. Đồng thời, kết hợp hài hòa được giữa đặc tính khí động học biên dạng thân với khả năng và điều kiện công nghệ chế tạo tàu phù hợp để có thể giảm chi phí chế tạo tàu cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế khai thác vận hành tàu.
- Trong các hình ảnh phân bố áp suất và dòng bao quanh thân tàu cho thấy, tại các vùng đặc biệt có bề mặt diện tích hứng gió rộng đặc biệt tại các vùng như:
phía trước thượng tầng tàu, phía trước các thành quay hầm hàng hay tại khu vực mũi tàu. Thì phân bố dòng có mật độ lớn hơn, nhiều vùng xoáy hơn so với các khu vực khác. Phân bố áp suất tại các khu vực này tập trung vùng diện tích áp suất cao nhiều hơn so với các vùng khác. Có thể thấy đây là các vùng đặc biệt, có sự bất thường nhiều hơn so với các vùng khác trên thân tàu.
Có thể đây chính là nguyên nhân làm gia tăng lực cản khí động tác động lên thân tàu.
Hình 3.12. Phân bố áp suất tại các vùng đặc biệt trên boong tàu, Rn=18.6x106
47
Hình 3.13. Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu tại Rn=13.6x106
Như vậy có thể thấy, các vùng áp suất tập trung rất nhiều tại các khu vực có bề mặt hứng gió rộng và thay đổi gấp trên thân tàu. Từ trên hình ảnh 3.12 và 3.13 có thể thấy rõ vùng diện tích mầu đỏ (sẫm mầu) tập trung chủ yếu tại khu vực trước thượng tầng tàu và vùng mũi tàu. Đây chính là những khu vực có thể cần phải cải tiến hình dáng thiết kế nhằm giảm đi diện tích vùng áp suất cao này. Áp suất tác động lên thân tàu chính là nguyên nhân sinh ra lực cản khí động tác động lên thân tàu, chính vì vậy trong thiết kế tàu cần thiết phải làm giảm đi các vùng có áp suất lớn tác động lên tàu. Bên cạnh đó, có thể thay đổi tư thế khai thác tàu hay điều chỉnh hướng gió tác động lên tàu nhằm điều khiển và làm thay đổi các vùng diện tích áp suất cao tác động lên tàu, giúp giảm lực cản khí động tác động lên tàu.
48
Kết quả tính toán khảo sát lực khí động tác động lên thân tàu được thể hiện trên hình 3.14, 3.15 và chi tiết trong bảng 3.3 dưới đây.
Bảng 3.3: 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 79.1056 5.3631 84.4686 0.9018 0.0611 0.9630 8.67 152.0577 9.6966 161.7544 0.8844 0.0564 0.9408 11.2 249.2042 14.6588 263.8630 0.8769 0.0516 0.9284 13.6 374.7486 20.2532 395.0018 0.8827 0.0477 0.9304 18.67 612.9621 33.3372 646.2994 0.7764 0.0422 0.8187
Hình 3.14. Lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát
49
Hình 3.15. Hệ số lực cản khí động tác động lên thân tàu khảo sát
Từ kết quả thể hiện trên các hình 3.14 và 3.15 cho thấy, khi vận tốc tàu tăng lên hay vận tốc dòng khí tác động lên tàu tăng thì lực cản khí động tác động lên tàu tăng tương ứng, điều này phù hợp với lý thuyết tính toán lực cản tác động lên tàu.
Trên đồ thị cho thấy, khi vận tốc tăng lên thì hệ số lực cản khí động tác động lên thân tàu có xu thể giảm dần. Trong khoảng vận tốc tương ứng với Reynold dưới 16.6x106 thì hệ số lực cản khí động tác động lên tàu có xu thế ổn định thay đổi ít so với khi vận tốc tăng vượt quá giới hạn Reynold 16.6x106. Kết quả lực cản tác động lên thân tàu khảo sát trên đây phù hợp với các kết quả tính toán CFD thu được về phân bố áp suất và dòng bao quanh thân tàu đã khảo sát.
50