- XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ. - Mục tiêu chính của bài báo này là sử dụng phương pháp số(CFD) trong việc phân tích và xây dựng đường đặc tính của chân vịt tàu thuỷ. - Chân được sử dụng trong nghiên cứu có các thông số cơ bản như sau: Đường kính 3,65 m. - số vòng quay của chân vịt 200 vòng/ phút;. - bước trung bình của chân vịt 2,459m, tỷ số bầu 0,1730 . - Bước hai đặt các điều kiện biên cho mô hình khảo sát, chọn mô hình thuật giải phù hợp với bài toán nghiên cứu. - Bước cuối cùng là phân tích các kết quả tính toán mô phỏng và xây dựng đường đặc tính của chân vịt.. - Với sự tiến bộ của phương pháp số và khả năng xử lý tính toán của máy tính, thiết kế cánh bánh công tác cho máy cánh dẫn nói chung và chân vịt tàu thuỷ nói riêng hiện nay được phân tích, tính toán thông qua giải gần đúng phương trình Navier Stokes bằng phương pháp số CFD từ đó dự đoán, nâng cao hiệu suất của cánh bánh công tác của máy thuỷ lực nói chung và chân vịt nói riêng. - Năm 2003 nhóm tác giả Takayuki WATANABE, Takafumi KAWAMURA, Yoshihisa TAKEKOSHI, Masatsugu MAEDA, Shin Hyung RHEE thuộc trường đại học Tokyo nhật bản đã sử dụng phương pháp số để nghiên cứu sự bất ổn định của xâm thực trên chân vịt tàu thuỷ [1]. - Năm 2008 nhóm tác giả J. - van Wijngaarden thuộc viện nghiên cứu Maritime Research Institute của Ba Lan đã sử dụng mô hình RAN để nghiên cứu xâm thực trên chân vịt và sự tương tác giữa vỏ tàu và chân vịt [2]. - Năm 2012 nhóm tác giả Kinnas, Spyros A.Tian, Ye Sharma, Abhinav cũng sử dụng phương pháp số để nghiên cứu hoạt động của chân vịt dưới điều kiện thời tiết khắc nghiệt có sóng lớn, tải trọng tác động nặng [3]. - Trong bài báo này, nhóm tác giả sử dụng phương pháp số để tính toán, mô phỏng, xây dựng đường đặc tính của chân vịt tàu thuỷ ứng với các vận tốc tiến khác nhau của tàu thiết kế từ đó có biện pháp cải tiến và nâng cao hiệu suất của chân vịt.. - Các thông số cơ bản trong tính toán mô phỏng chân vịt. - Trong tính toán, mô phỏng chân vịt các thông số cơ bản đặc trưng cho hoạt động của chân vịt lần lượt là: Hệ số lực đẩy, hệ số mômen, hệ số tiến, hiệu suất chân vịt được tính như sau [4], [5]:. - 3 Hệ số tiến. - 4 Hiệu suất chân vịt. - T - Lực đẩy, Q - Mômen, D - Đường kính chân vịt, V a - Vận tốc tiến thực của tàu, n - Vận tốc góc của chân vịt. - Các phương trình cơ bản. - Trong nghiên cứu này nhóm tác giả sử dụng phần mềm thương mại Ansys fluent 14.0 tính toán và xây dựng đường đặc tính của chân vịt. - Phương trình bảo toàn khối lượng. - Phương trình bảo toàn mômen Trong đó. - Tính toán mô phỏng số 3.1. - Mô hình và chia lưới. - Trong bài báo này nhóm tác giả thực hiện phân tích, tính toán mô phỏng số với chân vịt tàu với các tỷ số trượt J khác nhau từ đó xây dựng được đường đặc tính của chân vịt.. - Để tính toán, xây dựng đường đặc tính của chân vịt bằng phương pháp số ta cần xây dựng khối chất lỏng bao quanh chân vịt hay còn gọi là miền không gian khảo sát. - Sau đó ta chia lưới mô hình và bắt đầu tính toán mô phỏng. - Các thông số lưới của mô hình được thể hiện trong bảng.. - Hình 2: Mô hình bài toán và khối chất lỏng sau khi chia lưới 3.2. - Điều kiện biên và phương pháp giải. - Bước tiếp theo là chọn mô hình bài toán, đặt điều biên và chọn thuật giải cho bài toán. - Trong bài báo này nhóm tác giả sử dụng mô hình rối RNG ke để đóng kín phương trình Navier- Stock viết dưới dạng số Reynolds trung bình. - Đầu vào được đặt là Velocity inlet với giả thiết là vận tốc dọc trục là hằng số trên toàn bộ đầu vào. - Đường đặc tính của chân vịt được xây dựng trên cơ sở cố định vận tốc quay của trục chân vịt và thay đổi vận tốc đầu vào hay thay đổi tỷ số tiến J, vận tốc đầu vào theo tỷ số tiến J được thể hiện trong bảng. - Đầu ra được đặt là Pressure outlet với áp suất dư là 0 Pa, cánh và trục chân vịt được đặt là tường với chức năng rotational wall, tường bên ngoài được đặt là tường cố định với chức năng tường tiêu chuẩn, không trượt. - Thuật toán nội suy mối quan hệ giữa vận tốc và áp suất là SIMPLE, điều kiện hội tụ của bài toán là sai số nhỏ hơn 0.0001[7].. - Hình 3 là kết phân bố áp suất tĩnh trên mặt hút và mặt đẩy của chân vịt tại J=0,6. - Ta thấy phân bố áp suất trên mặt đẩy lớn hơn trên mặt hút, áp suất lớn nhất tại mặt hút là 100000Pa, áp suất nhỏ nhất tại mặt đẩy là 12000Pa. - Tại mặt hút áp suất lớn nhất đạt được là 100000Pa, áp suất nhỏ nhất tại mặt hút đạt được là -12000Pa. - Phần lớn áp suất trên mặt đẩy đạt giá trị vào khoảng 80000Pa, phần lớn áp suất trên mặt hút là - 34000Pa, do đó tông hợp phân bố áp suất trên mặt đẩy lớn hơn trên mặt hút, sự chênh lệch áp suất này là lực đẩy do chân vịt tạo ra để thắng được sức cản tác động lên tàu tại chế độ khai thác.. - Hình 4 thể hiện đường đặc tính của chân vịt tại các tỷ số tiến J khác nhau. - Ta thấy đường đặc tính của chân vịt hoàn toàn phù hợp với lý thuyết máy cánh dẫn hướng trục được khẳng định trong tài liệu [8], [9]. - Trong quá trình tính toán, mô phỏng số cố định số vòng quay của trục chân vịt n = 200 vòng/phút và thay đổi vận tốc đầu vào từ 1,22-8,52 m/s để tạo ra tỷ số J thay đổi từ 0,1-0,7. - Khi tỷ số J nhỏ từ 0,1 - 0,5 hiệu suất tăng gần như tuyến tính với tỷ số J hiệu suất của chân vịt đạt giá trị lớn nhất là 0,678 tại tỷ số tiến J=0,6 ứng với vận tốc 7.3m/s.. - Bài báo đã sử dụng phương pháp số để tính toán, mô phỏng và xây dựng đường đặc tính của chân vịt. - Các kết quả thu được từ tính toán mô phỏng số CFD như phân bố áp suất, phân bố vận tốc hoàn toàn phù hợp với lý thuyết cánh dẫn máy thuỷ lực hướng trục. - Hiệu suất chân vịt đạt giá trị lớn nhất 0,678 tại tỷ số J=0,6 tương ứng với vận tốc tiến của tàu là 7,3m/s, hiệu suất của chân vịt thấp tại các tỷ số tiến J nhỏ đặc biệt khi tỷ số tiến J gần về 0.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt