|

Hotline: (84-24) 3.942.8737

tạp chí điện tử của bộ giao thông vận tải

Phó Tổng Biên tập phụ trách: Nguyễn Văn Hường

Giấy phép hoạt động số: 499/GP-BTTTT
do Bộ Thông tin và Truyền thông cấp ngày 10/11/2016

Địa chỉ: Số 106 Thái Thịnh - Đống Đa - Hà Nội

Đường dây nóng : Tel: (84-24) 3.942.8737

Nghiêm cấm sao chép dưới mọi hình thức nếu không được Tạp chí Giao thông vận tải chấp thuận bằng văn bản.

Chủ nhật, 27/03/2016, 06:56

Tính toán mô phỏng sự tương tác chân vịt - bánh lái tàu thủy

Tạp chí GTVT - Tính toán mô phỏng sự tương tác chân vịt - bánh lái tàu thủy

ª PGS. TS. Lương Công Nhớ

ª PGS. TS. Phạm Kỳ Quang

ª TS. Vũ Văn Duy

ª ThS. Bùi Văn Cường

Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Người phản biện:

TS. Nguyễn Thanh Sơn

PGS. TS. Nguyễn Kim Phương

Tóm tắt: Bài báo đưa ra kết quả tính toán mô phỏng sự tương tác chân vịt - bánh lái tàu thủy. Trên cơ sở tính toán mô phỏng động lực học dòng chảy qua chân vịt tàu thủy, xác định trường phân bố vận tốc tại mặt phẳng phía sau chân vịt (gọi là đầu ra) và đây chính là đầu vào của bài toán dòng chảy bao quanh bánh lái tàu thủy, từ đó xác định lực bẻ lái phù hợp với thực tiễn quá trình điều động tàu.

Từ khóa: Tương tác chân vịt - bánh lái tàu thủy.

Abstract: This article gives the results of the calculating and interactive propeller - rudder simulation of ship. On the basis of the calculating and flow dynamic simulation through the ship’s propeller can determine the velocity distribution behind propeller plane (called output) and that is the input for the calculating of flow around the rudder to determine the ship’s steering force.

Keywords: Interactive propeller - rudder ship.

1. Đặt vấn đề  

Bài toán động lực học dòng chảy bao quanh tàu thủy rất phức tạp, khối lượng tính toán lớn. Thông thường chia thành nhiều bài toán nhỏ, như: Dòng chảy bao quanh vỏ tàu, dòng chảy qua chân vịt, dòng chảy bao quanh bánh lái, ảnh hưởng của sóng… dẫn tới việc đặt đầu vào của bài toán thường bị sai lệch so với thực tiễn. Trong nội dung bài báo, nhóm tác giả làm rõ sự tương tác dòng chảy sau chân vịt và bánh lái tàu thủy. Để thuận lợi cho quá trình nghiên cứu về các vấn đề liên quan, nhóm tác giả sử dụng các thông số và số liệu đầu vào theo số liệu đồng dạng của M/V TAN CANG FOUNDATION [4].

hinh11
Hình 1.1: M/V TAN CANG FOUNDATION được vẽ lại bằng phần mềm Solidwork

Hiện nay, phần lớn các tác giả khi giải quyết bài toán mô phỏng dòng chảy bao quanh bánh lái tàu thủy để xác định lực bẻ lái, giả định phân bố vận tốc của dòng đầu vào là đồng đều, để giảm bớt tính phức tạp và khối lượng tính toán, nhưng thực tế không như vậy. Ứng với mỗi chế độ điều động tàu khác nhau (tương ứng có tổ hợp số vòng quay chân vịt và góc bẻ lái), sẽ có trường phân bố vận tốc của dòng chảy sau chân vịt tàu thủy và đây là giá trị đầu vào (vùng chuyển tiếp) của bài toán dòng chảy bao quanh bánh lái tàu thủy (Hình 2.1).

2. Cơ sở toán học

hinh21
Hình 2.1: Mô hình nghiên cứu “vùng chuyển tiếp”

Thực chất đây là bài toán động lực học dòng chảy qua chân vịt tàu thủy, nhưng chú trọng việc xác định trường phân bố vận tốc, áp suất, cường độ rối… ở đầu ra, vì đây chính là đầu vào bài toán dòng chảy bao quanh bánh lái và ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả biến đổi năng lượng của dòng chảy thành lực bẻ lái tàu thủy (Hình 2.2).

hinh22
Hình 2.2: Lực và mô-men tác động lên chân vịt tàu thủy

 

 Phương trình xác định lực đẩy chân vịt tàu thủy có dạng [2]:

ct1

 

 (1)

 

Trong đó: D - Đường kính chân vịt; Vp - Vận tốc tiến; n - Số vòng quay; r - Khối lượng riêng của chất lỏng; μ - Hệ số nhớt động lực học; p0 - e - Áp suất tĩnh trên trục chân vịt;

ct2345

 

 

 

 

 

 

 

Từ (2) ÷ (5) kết hợp với (1) và (6), nhận được: 

ct6789

 

 

 

 

 

Ngoài ra, để tính toán mô phỏng, nhóm tác giả sử dụng phần mềm Ansys-Fluent với kỹ thuật giải mixture, k-e và các hệ số thực nghiệm khác [2, 3, 5].

3. Phân tích kết quả

Quyết định đến hiệu quả chuyển đổi năng lượng trên bánh lái tàu thủy là phân bố vận tốc dọc trục, các vùng rối... sau chân vịt đến bao quanh bánh lái tàu thủy. Để thể hiện rõ hơn, xét trên một mặt phẳng thuộc vùng chuyển tiếp (mặt chuyển tiếp) theo Hình 3.1.

hinh31
Hình 3.1: Hình ảnh vị trí mặt chuyển tiếp khảo sát

Hình 3.2 Hình 3.3 mô tả kết quả phân bố vận tốc dọc trục trên mặt chuyển tiếp với số vòng quay chân vịt trong hai trường hợp khác nhau, cụ thể: n = 100 v/ph và n = 120 v/ph.

hinh32
Hình 3.2: Phân bố vận tốc dọc trục trên mặt chuyển tiếp: a) n = 100 v/ph; b) n = 120 v/ph

 

Từ kết quả mô phỏng, nhận xét rằng: Phân bố vận tốc theo phương dọc trục tại mặt chuyển tiếp là không đồng đều, đặc biệt tồn tại vùng vận tốc thấp hơn dọc theo tâm trục chân vịt. Để thấy rõ hơn vấn đề này xét phân bố pha hơi nhận được từ kết quả mô phỏng theo Hình 3.3.

hinh33
Hình 3.3: Phân bố vận tốc dọc trục trên mặt chuyển tiếp với n = 120 v/ph

 

Rõ ràng, hiện tượng xoáy đỉnh cánh chân vịt và sự giao nhau của dòng chảy tại bầu chân vịt đã tạo ra vùng rối với tỷ lệ pha hơi nhiều hơn trong không gian, sau đó tác động lên bánh lái. Từ đó có thể đưa ra kết quả về phân bố cường độ rối trên mặt chuyển tiếp theo Hình 3.4.

hinh34
Hình 3.4: Phân bố pha hơi trên mặt chuyển tiếp, với n = 120 v/ph
hinh35
Hình 3.5: Phân bố cường độ rối trên mặt chuyển tiếp, với n = 120 v/ph

 

Cường độ rối tương ứng với vùng xoáy đỉnh bầu chân vịt đi qua, lớn hơn nhiều so với vị trí khác. Để đánh giá mức độ ảnh hưởng, cũng như đưa ra giải pháp giảm thiểu tác hại, cần có nhiều nghiên cứu công phu hơn. Nhóm tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu và công bố các vấn đề có liên quan trong các công trình khoa học tiếp theo.

4. Kết luận

Bài báo đưa ra cơ sở khoa học và qui trình ứng dụng CFD vào nghiên cứu sự tương tác chân vịt - bánh lái tàu thủy. Kết quả nghiên cứu giúp việc thiết kế và vận hành có được những giải pháp hữu hiệu, để nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng của dòng chảy sau chân vịt thành lực bẻ lái, nhằm điều khiển hướng chuyển động tàu thủy như mong muốn.

Tài liệu tham khảo

[1]. PGS. TS. Phạm Kỳ Quang, TS. Vũ Văn Duy, ThS. Cổ Tấn Anh Vũ, ThS. Nguyễn Thành Nhật Lai (11/2015), Mô phỏng số xâm thực cục bộ trên bánh lái tàu thủy, Tạp chí GTVT, Hà Nội, tr. 89 - 90.

[2]. Trần Công Nghị (2001), Lý thuyết tàu thủy, NXB. Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

[3]. Vũ Văn Duy, Bùi Trọng Tùng (2007), Một số kết quả ứng dụng phần mềm Fluent trong nghiên cứu dòng chảy qua chân vịt tàu thủy, Tạp chí Khoa học - Công nghệ Hàng hải, số 10.

[4]. Hồ sơ của M/V TAN CANG FOUNDATION và số liệu nghiên cứu thực địa tháng 12/2015 trên tuyến luồng Hải Phòng.

[5]. www.Ansys.com.

công nhớ - kỳ quang - văn duy - văn cường

Bình luận

Tin nên đọc

Tiếp tục điều chỉnh thuế ôtô nhập khẩu?

Tiếp tục điều chỉnh thuế ôtô nhập khẩu?

25/03/2016 - 09:01

Nhiều khả năng các mức thuế suất thuế tiêu thụ đặc biệt đối với các loại ôtô nhập khẩu sẽ tiếp tục được điều chỉnh

Đường cao tốc cô độc nhất nước Mỹ

Đường cao tốc cô độc nhất nước Mỹ

25/03/2016 - 09:00

Đường cao tốc US 50 được mệnh danh là “Con đường cô đơn nhất nước Mỹ” kéo dài gần 700 km nhưng lại rất hiếm điểm dừng chân bên đường.

Dư luận phản đối gay gắt quy định không gạt chân chống bị phạt

Dư luận phản đối gay gắt quy định không gạt chân chống bị phạt

25/03/2016 - 08:59

Dư luận phản hồi gay gắt với quy định không gạt chống chân bị phạt từ 2-3 triệu đồng. CSGT sẽ phạt quên gạt chống hay cố tình không gạt chống?

Lai Châu: Đối tượng chuyên cướp giật trên đường sa lưới

Lai Châu: Đối tượng chuyên cướp giật trên đường sa lưới

25/03/2016 - 08:58

Công an thành phố Lai Châu, tỉnh Lai Châu vừa bắt khẩn cấp đối tượng chuyên cướp tài sản của người đi đường trên địa bàn.

Cùng chuyên mục

Ứng dụng mạng LoRaWan 'chìa khóa' thành công bãi đỗ xe thông minh

Ứng dụng mạng LoRaWan "chìa khóa" thành công bãi đỗ xe thông minh

01/07/2020 - 06:12

Công nghệ mạng không dây tầm xa LoRaWan và ứng dụng của mạng này là chìa khóa nâng hiệu quả của các điểm trông giữ ô tô thông minh hiện nay

Ứng dụng Geocrete trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long  và TP. Hồ Chí Minh.

Ứng dụng Geocrete trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long và TP. Hồ Chí Minh.

20/12/2019 - 06:34

Bài báo giới thiệu công nghệ thi công ứng dụng chất phụ gia Geocrete cho nền đường đắp qua khu vực đất yếu tại vùng đồng bằng sông Cửu Long và TP. Hồ Chí Minh.

Kết hợp lý thuyết tính ngược và việc sử dụng thiết bị gia tải động FWD để đánh giá khả năng làm việc của mặt đường bê tông xi măng

Kết hợp lý thuyết tính ngược và việc sử dụng thiết bị gia tải động FWD để đánh giá khả năng làm việc của mặt đường bê tông xi măng

20/12/2019 - 06:31

Bài toán tính ngược là một công cụ mới được sử dụng phổ biến trong việc kiểm tra, thiết kế kết cấu mặt đường.

Kiểm tra thiết bị đo và giám sát rung động đa kênh tại Phòng Thí nghiệm Viện Nghiên cứu khoa học và Công nghệ Hàng hải - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Kiểm tra thiết bị đo và giám sát rung động đa kênh tại Phòng Thí nghiệm Viện Nghiên cứu khoa học và Công nghệ Hàng hải - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

20/12/2019 - 06:31

Thiết bị đo, giám sát rung động đa kênh (MMMVS, Multi-channel Measurement and Monitoring Vibration System) được chế tạo tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam dùng để đo, xử lý đồng thời các tín hiệu dao động xoắn, dao động dọc trên trục truyền bằng phương pháp tem dán biến dạng và các kênh đo dao động gia tốc trên bề mặt động cơ diesel tàu thủy.

Ứng dụng CNTT trong hoạt động vận tải nhằm giảm chi phí logistics

Ứng dụng CNTT trong hoạt động vận tải nhằm giảm chi phí logistics

04/12/2019 - 08:57

Bài báo đề cập tới lợi ích và giải pháp cần thiết để doanh nghiệp Việt Nam ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT)...

Nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong phân tích tài chính dự án giao thông  theo hình thức hợp tác công - tư

Nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong phân tích tài chính dự án giao thông theo hình thức hợp tác công - tư

21/11/2019 - 13:54

Phát triển cơ sở hạ tầng giao thông sẽ tạo điều kiện để phát triển kinh tế - xã hội, đáp ứng tiến trình hội nhập kinh tế...

Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tổn thất khí động qua xu-páp nạp, thải đến các thông số vận hành của động cơ Hyundai 2.5TCI-A

Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tổn thất khí động qua xu-páp nạp, thải đến các thông số vận hành của động cơ Hyundai 2.5TCI-A

15/11/2019 - 06:34

Hiện nay, việc tính toán chu trình công tác (CTCT) của động cơ đốt trong thường sử dụng các phần mềm mô phỏng (PMMP) chuyên dụng như: Diesel RK, GT - Power, AVL - Boost…

Nghiên cứu sóng hài dòng điện hệ thống cung cấp điện kéo đường sắt đô thị

Nghiên cứu sóng hài dòng điện hệ thống cung cấp điện kéo đường sắt đô thị

13/11/2019 - 10:41

Đường sắt đô thị là loại hình GTVT đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân trong các thành phố hiện đại.

Nghiên cứu đặc tính thâm nhập ion clo  của bê tông geopolymer tro bay

Nghiên cứu đặc tính thâm nhập ion clo của bê tông geopolymer tro bay

11/11/2019 - 11:27

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu đặc tính thâm nhập ion clorua của bê tông geopolymer tro bay.

Nghiên cứu đặc điểm đi lại và đề xuất giải pháp phát triển xe đạp công cộng tại các đô thị ở Việt Nam

Nghiên cứu đặc điểm đi lại và đề xuất giải pháp phát triển xe đạp công cộng tại các đô thị ở Việt Nam

11/11/2019 - 09:11

Xe đạp công cộng được nhiều quốc gia trên thế giới xem là mắt xích cuối cùng trong chuỗi vận tải đa phương tiện