- Mô hình tàu hàng nguyên bản sử dụng trong tính mô phỏng 43 Hình 3. - Đồ thị lực cản gió tác động lên tàu R, N 49 Hình 4. - Mô hình thượng tầng mới, TT1 52 Hình 4.4. - Mô hình thượng tầng mới, TT2 53 Hình 4.6. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt dọc tâm, PA1 55 Hình 4.10. - Phân bố áp suất tại một số mặt cắt bằng, PA1 56 vi Hình 4.11. - Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu với thượng tầng mới, PA1 57 Hình 4.12. - Phân bố vận tốc dòng bao quanh than tàu, PA1 57 Hình 4.13. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt dọc tâm, PA2 58 Hình 4.14. - Phân bố áp suất xung quanh tàu với thượng tầng mới TT2, PA2 58 Hình 4.15. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt z=0.29m, PA2 59 Hình 4.16. - Phân bố áp suất trên bề mặt than tàu, PA2 59 Hình 4.17. - Phân bố dòng xung quanh tàu, PA2 59 Hình 4.18. - Phân bố áp suất và vận tốc dòng tại mặt cắt dọc tâm tàu, PA3 60 Hình 4.19. - Phân bố áp suất tại một số mặt cắt bằng xung quanh tàu, PA3 61 Hình 4.20. - Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu, PA3 62 Hình 4.21. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt dọc tâm, PA4 62 Hình 4.22. - Phân bố áp suất tại một số mặt cắt bằng quanh tàu, PA4 63 Hình 4.23. - Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu, PA4 64 Hình 4.24. - Phân bố dòng xung quanh tàu tại mặt cắt dọc tâm, PA4 64 Hình 4.25. - Đồ thị lực cản gió tác động lên tàu 65 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. - Trước những nhu cầu đó, tác giả lựa chọn lĩnh vực nghiên cứu giảm lực cản gió tác động lên tàu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế khai thác tàu. - Với mỗn loại tàu khác nhau, cần có các biện pháp kỹ thuật khác nhau để làm giảm lực cản tác động lên tàu. - Cảng giảm được lực cản tác động lên tàu thì đồng 2 nghĩa với việc nâng cao hiệu quả khai thác tàu. - Thông qua các kết quả tính toán mô phỏng, đề xuất một số giải pháp làm giảm lực cản gió tác động lên tàu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế khai thác tàu. - Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu giảm lực cản gió tác động lên tàu chở hàng nhằm nâng cao hiệu quả khai thác tàu. - Một số tác giả nghiên cứu về vấn đề giảm lực cản gió tiêu biểu có thể nói đến như K. - Sugata et al., (2010) nghiên cứu giảm lực cản gió tác động lên tàu chở hàng không nước dằn. - Kết quả nghiên cứu cho thấy với thượng tầng tàu mới có biên dạng theo đề xuất có thể giảm được tới 25% lực cản gió tác động lên tàu [6]. - Ngo.VH et al., (2014) nghiên cứu giảm lực cản gió tác động lên tàu thông qua nghiên cứu ảnh hưởng tương tác giữa thượng tầng và thân tàu. - Bằng các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm các tác giả đã đưa ra được một số kết quả về giảm lực cản gió tác động lên tàu thông qua việc bố trí thượng tầng tàu trên boong và đề xuất thượng tầng mới cho tàu có biên dạng khí động giảm lực cản [9, 10]. - Một số biện pháp kỹ thuật được để đạt được hiệu quả trong việc giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu trên tàu (hình 1.1): 10 Hình 1.1 Một số biện pháp giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu trên tàu Nhìn chung hầu hết các biện pháp đều tập trung vào việc giảm lực kéo nói cách khác là giảm sức cản của tàu và một số biện pháp khác cố gắng cải thiện hiệu quả của các thiết bị đẩy tàu và vận hành tàu. - 11 Hình 1.2 Làm sạch vỏ tàu để giảm ma sát cho tàu Sử dụng vật liệu phủ Polyme: bề mặt vỏ tàu được phun phủ một lớp mỏng Polyme để giảm sức cản của tàu. - 12 Hình 1.3 Cải tiến hình dáng thân tàu để giảm sự tách lớp biên Dưới đây là một số ví dụ trong việc cải tiến hình dạng tàu để giảm sự tạo xoáy sau đuôi tàu do hiện tượng tách lớp biên: Hình 1.4 Cải tiến phần đỡ ống bao trục chân vịt Hình 1.5 Cải tiến vây giảm lắc theo dạng sóng trên tàu Trước Sau Trước Sau 13 Hình 1.6 Cải tiến bánh lái theo dạng khí động học • Giảm sức cản sóng: Sức cản tạo sóng bị ảnh hưởng bởi. - Nguyên lý giảm sức cản sóng khi mũi tàu có dạng quả lê như sau (hình 1.7): Hình 1.7 Nguyên lý giảm sức cản sóng của mũi quả lê Sóng tao ra khi tàu chạy 14 Hiện nay chủ yếu là các tàu vận tải cỡ lớn như tàu hàng, tàu dầu… sử dụng mũi quả lê, các tàu cá đa số là kích thước nhỏ nên số lượng tàu cá lắp mũi quả lê là rất ít, một số nước có nghề ca phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc… đã sử dụng mũi tàu quả lê trên tàu cá (hình 1.8): Hình 1.8 Tàu cá mũi quả lê ở Nhật Bản Bôi trơn bọt khí: phun bọt khí, tạo khoang khí và tạo lớp màng khí là ba cách thức của phương pháp bôi trơn bọt khí bằng cách phun khí tạo lớp phủ không thấm nước. - Hình 1.9 Minh họa phương pháp tạo bọt khí Do đó việc tạo bộ phun bọt khí cho tàu cá là không phù hợp vì các tàu này thường có đáy không phẳng và kích thước bé như tàu cá. - Không giống như phương pháp tạo bọt khí, theo theo phương pháp tạo khoang khí, khí được điền đầy vào các khoang đặc biệt ra ở phần đáy tàu dễ dàng tạo thành 01 lớp không khí ổn định dưới đáy tàu làm tách một phần đáng kể đáy tàu tiếp xúc của nước dẫn đến làm giảm sức cản của tàu (hình 1.10): 16 Hình 1.10 Minh họa phương pháp tạo khoang khí dưới đáy tàu Phương pháp này dựa trên cơ sở việc sử dụng thành công hệ thống thổi khí dưới đáy tàu để giảm sức cản. - Tàu 02 thân SeaCoaster [7] (hình 1.11) là một tàu hai thân lai giữa tàu hai thân thông thường với một thủy phi cơ, với sự hỗ trợ của hệ thống trên, công suất đẩy yêu cầu chỉ bằng 60% một tàu hai thân bình thường. - Hình 1.11 Khoang khí trên tàu hai thân SeaCoaster Một trong những lợi thế của khoang khí là lượng khí cấp vào ít hơn nhiều so với việc thổi khí liên tục để duy trì như hệ thống trên tàu SeaCoaster (khoảng 10 lần). - Lực cản không khí. - Trong luận văn này, tác giả đề cập nghiên cứu lực cản gió tác động lên phân thân tàu phía trên mặt nước. - Hình 1.12. - Mô hình một phương trình của Prandtl. - Mô hình k-epsilon. - 42 CHƢƠNG III: SỬ DỤNG CFD TRONG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG LỰC CẢN GIÓ TÁC ĐỘNG LÊN TÀU THỦY 3.1. - Hình 3.1 thể hiện các đường hình dáng của tàu được thiết kế. - Mô hình tàu hàng nguyên bản sử dụng trong tính mô phỏng Hình 3. - Mô hình thượng tầng tàu chở hàng nguyên bản 45 3.3. - Hình 3.5, 3.6 và 3.7 thể hiện các kết quả mô phỏng phân bố áp suất, dòng bao quanh thân tàu và thượng tầng tại góc hướng gió 0 độ. - z=0.29m Trên hình 3.8 thể hiện phân bố áp suất trên toàn bộ bề mặt thân tàu nguyên bản. - Từ các kết quả phân bố áp suất này chúng ta có thể hiểu được một cách rõ ràng nguyên nhân gây ra lực cản và phân bố lực cản khí động tác động lên tàu. - Thông qua các kết quả này có thể giúp các nhà thiết kế, nghiên cứu tìm ra các biện pháp làm giảm sự ảnh hưởng, tác động mạnh gây ra lực cản khí động cho tàu. - Kết quả tính mô phỏng phân lực cản khí động tác động lên tàu Trong phần này lực cản tác động lên tàu được tính toán theo các góc hướng gió thay đổi khác nhau từ 0 đến 180 độ. - Diện tích mặt hứng gió thân tàu Góc hướng gió, độ Ax, m2 Ay, m Hình 3.9 thể hiện kết quả tính mô phỏng lực cản gió tác động lên tàu theo sự thay đổi của góc hướng gió. - Đồ thị 3.9 cho thấy rõ sự thay đổi của lực cản khí động theo từng góc hướng gió tác động lên tàu. - Kết quả này, cho thấy việc nghiên cứu lực cản gió tác động lên tàu là cần thiết cho việc khai thác tàu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho tàu. - Đồ thị lực cản gió tác động lên tàu R, N Bảng 3.4. - Bảng tính lực và hệ số lực khí động tác động lên tàu Góc hướng gió, độ Rx, N Ry, N Cx Cy CHƢƠNG IV: GIẢM LỰC CẢN GIÓ TÁC ĐỘNG LÊN TÀU THỦY 4.1. - Từ việc tính toán lực cản khí động cho thấy, lực cản gió tác động lên tàu phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản như vận tốc chạy tàu, môi trường khai thác tàu, diện tích mặt hứng gió (1-32). - Sau đây chúng ta phân tích từng yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khí động tác động lên tàu này: Môi trường khai thác tàu: đây là một yếu tố rất rộng để nghiên cứu. - Môi trường khác nhau, làm cho lực cản khí động tác động lên tàu khác nhau. - Trong luận văn này, tác giả không đi sâu nghiên cứu sự ảnh hưởng của môi trường khai thác đến lực cản gió. - Như vậy vận tốc khai thác có ảnh hưởng rõ rệt đến lực cản. - Tuy nhiên khi vận tốc lớn thì mức độ thay đổi lực cản khí động tăng vọt. - Hình 4.1 thể hiện sự thay đổi cấu trúc dòng xoáy khi thay đổi vận tốc dòng tác động lên vật thể hình trụ và hình hộp [19]. - Tác giả không nghiên cứu sự thay đổi của vận tốc ảnh hưởng đến lực cản khí động. - Đây cũng là vấn đề được nhiều nhà nghiên cứu qua tâm để tìm ra các giải pháp làm giảm lực cản khí động cho tàu . - Trong luận văn này tác giả đi nghiên cứu sự ảnh hưởng của thượng tầng đến lực cản để làm giảm lực cản khí động tác động lên tàu. - Đề xuất phƣơng án giảm lực cản gió tác động lên tàu Với mục đích làm giảm lực cản gió tác động lên tàu trong luận văn một số phương án thay đổi hình dạng và vị trí của thượng tầng sẽ được đề xuất. - 02 mô hình thượng tầng mới với thể tích làm việc được giữ nguyên như thể tích làm việc của thượng tầng ban đầu được giới thiệu ở hình 4.2 và 4.3. - Mô hình thượng tầng mới 1, TT1 Hình 4.3. - Hình 4.9 thể hiện phân bố áp suất tác động lên thượng tầng nguyên bản của tàu. - Phân bố áp suất tác động lên thượng tầng tàu nguyên bản Hình 4.10 đến 4.13 thể hiện sự phân bố áp suất động xung quanh thân tàu đối với thượng tầng TT1 đặt tại đuôi tàu. - Hình 4.10. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt dọc tâm, PA1 58 z = 0.12m z = 0.15m z = 0.29m Hình 4.11. - Phân bố áp suất tại một số mặt cắt bằng, PA1 59 Hình 4.12. - Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu với thượng tầng mới, PA1 Hình 4.13. - Phân bố vận tốc dòng bao quanh than tàu, PA1 Từ hình 4.14 đến hình 4.17 thể hiện phân bố áp suất xung quanh tàu với thượng tầng mới TT2. - Hình 4.14. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt dọc tâm, PA2 z = 0.12m z = 0.15m Hình 4.15. - Phân bố áp suất xung quanh tàu với thượng tầng mới TT2, PA2 61 Hình 4.16. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt z = 0.29m, PA2 Hình 4.17. - Phân bố dòng xung quanh tàu, PA2 62 Từ hình 4.18 đến hình 4.20 thể hiện các kết quả phân bố áp suất, vận tốc dòng bao quanh tàu với sự thay đổi vị trí của thượng tầng từ vị trí đặt tại đuôi sang vị trí thượng tầng đặt tại mũi tàu với thượng tầng nguyên bản PA3. - Hình 4.18. - Phân bố áp suất và vận tốc dòng tại mặt cắt dọc tâm tàu, PA3 63 z = 0.12m z = 0.15m z = 0.29m 64 Hình 4.19. - Phân bố áp suất tại một số mặt cắt bằng xung quanh tàu, PA3 Hình 4.20. - Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu, PA3 Hình 4.21 đến hình 4.24 thể hiện kết quả mô phỏng phân bố áp suất xung quanh tàu cho phương án 4 (sử dụng thượng tầng TT 2 với vị trí thượng tầng đặt tại mũi tàu). - 65 Hình 4.21. - Phân bố áp suất xung quanh tàu tại mặt cắt dọc tâm, PA4 z=0.12m z=0.15m z=0.29 66 Hình 4.22. - Phân bố áp suất tại một số mặt cắt bằng quanh tàu, PA4 Hình 4.23. - Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu, PA4 67 Hình 4.24. - Kết quả giảm lực cản gió khi thay đổi thƣợng tầng tàu Trong phần này thể hiện các kết quả tính lực khí động tác động lên thân tàu trong các trường hợp khảo sát. - Hình 4.25 thể hiện đồ thị lực cản gió tác động lên tàu. - Dựa trên kết quả thể hiện trên hình 4.25 ta thấy cả 4 phương án đề suất đều dẫn tới kết quả làm giảm lực cản không khí tác động lên tàu. - Các kết quả tính toán lực cản và hệ số lực cản tác động lên tàu được thể hiện chi tiết trong các bảng 4.1 dưới đây. - Hình 4.25. - Đồ thị lực cản gió tác động lên tàu Bảng 4.1. - Trong trường hợp nghiên cứu của luận văn, kết hợp việc vát góc thượng tầng và thay đổi vị trí của thượng tầng có thể làm giảm tới gần 40% tổng lực cản gó tác động lên tàu. - Trên cơ sở mô phỏng số, các thành phần lực cản khí động tác động lên tàu đã được tính toán và so sánh, để tìm ra được những yếu tố thay đổi tích cực, giúp giảm lực cản gió tác động lên thân tàu. - Trên cơ sở tính toán, phân tích kết quả mô phỏng số CFD, luận văn đã giải quyết được các bước tính toán mô phỏng số CFD, đã đưa ra được một số giải pháp thay đổi hình dáng thượng tầng để nâng cao hiệu quả khai thác tàu thông qua việc giảm lực cản gió tác động lên tàu
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt