chương 1. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƯU XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG LỈN NEO TÀU THỦY .1 Xây dựng quy trình nghiên cứu.1 Xây dựng mô hình bài toán .2 Cơ sở toán học.3 Quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu .2 Tính toán mô phỏng tác động của dòng chảy đến tàu thủy khi neo đậu.1 Giới hạn phương án tính toán mô phỏng .2 Phân tích kết quả tính toán mô phỏng .3 Kết luận chương 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG LỈN NEO TÀU THỦY .1 Phương án nghiên cứu thực nghiệm.2 Thiết kế, chế tạo và trang bị thiết bị nghiên cứu thực nghiệm.1 Thiết kế chế tạo mô hình vỏ tàu .2 Thiết bị đo lực .3 Thiết bị đo tốc độ dòng chảy .4 Thiết kế chế tạo kênh dẫn tuần hoàn .3 Một số công việc chính phục vụ nghiên cứu thực nghiệm .1 Vệ sinh hệ thống, chuẩn bị thiết bị và cấp nước cho hệ thống tuần hoàn62 3.2 Lắp đặt thiết bị .3 Vận hành hệ thống thực nghiệm .4 Kết luận chương 3. XÂY DỰNG CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG LỈN NEO .1 Cơ sở toán học về nội suy hàm số .2 Ứng dụng phương pháp nội suy Lagrange xây dựng công thức xác định lực căng lỉn neo .3 Phân tích đánh giá lực căng lỉn neo và lực giữ neo cho tàu Aulac Jupiter tại khu vực neo đậu Vũng Tàu .1 Các thông số neo, lỉn neo của tàu Aulac Jupiter .2 Phân tích đánh giá lực căng lỉn neo và lực giữ neo .4 Hướng ứng dụng nghiên cứu vào lao động sản xuất .5 Kết luận chương 4.
83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 85 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH. 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 89 PHẦN PHỤ LỤC.
119 xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích ý nghĩa AIS Hệ thống tự động nhận dạng D Lượng giãn nước của tàu (tấn) DWT Trọng tải toàn phần F0 Ngoại lực tổng hợp tác động vào tàu khi neo (kG) Fg Lực tác động của gió lên phần nổi của tàu khi neo (kG) Lực tác động của dòng chảy vào phần chìm của tàu khi neo Fd (kG) Fm Lực tác động theo bài toán mô hình Ft Lực tác động theo bài toán thực FG Lực giữ của neo (kG) g Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 H Độ cao từ lỗ nống tới đáy biển (m) k Hệ số đồng dạng kg Hệ số lực cản của gió đối với tàu biển kd Hệ số lực cản của dòng chảy đối với tàu Kl Hệ số lực giữ của neo Chiều dài đặc trưng, có giá trị bằng chiều dài toàn bộ tàu L (m) L1 Chiều dài của lỉn neo nằm trên đáy ln Chiều dài lỉn neo (m) xii Mm Mô men theo bài toán mô hình Mt Mô men theo bài toán thực NCS Nghiên cứu sinh NM Hải lý = 1.852 mét P Lực giữ của neo Pl Trọng lượng 1m lỉn neo trong nước Pn Trọng lượng neo tính bằng kG R Lực căng lỉn neo RANS Phương pháp trung bình hóa số Reynol Rx Lực cản tác động lên tàu thủy theo phương dọc thân tàu S Diện tích mặt tiếp xúc của vỏ tàu (m2) SOLAS Công ước Quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển T Mớn nước (m) TT ĐLHCL Tính toán động lực học chất lưu V Vận tốc dòng chảy (knot) Vg Tốc độ gió (m/s) Vm Vận tốc dòng chảy bài toán mô hình VOF Thể tích chất lỏng Vt Vận tốc dòng chảy bài toán thực Khối lượng của neo trong nước, tính bằng 0,867 lần khối Wa lượng của neo trong không khí (kg) Wc Khối lượng một mét lỉn neo trong nước (kg) xiii αk Tỷ lệ thể tích pha thứ k γ Trọng lượng riêng, có đơn vị là N/m3 Ns Hệ số nhớt động lực, có đơn vị m2 Góc nghiêng giữa lỉn neo và mặt phẳng đáy λa Hệ số lực bám đáy của neo λc Hệ số ma sát của lỉn neo υ Hệ số nhớt động học, có đơn vị m2/s ρ Khối lượng riêng, có đơn vị là kg/m3 g Khối lượng riêng không khí xiv DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hình ảnh mô phỏng phương án neo đậu trên phần mềm MOSES.2 Phân tích kỹ thuật neo tàu bằng phần mềm MOSES .3 Số lượng nghiên cứu có liên quan đến nội dung luận án giai đoạn 2012-2020.4 Sơ đồ khu vực cửa biển Vũng Tàu .5 Sơ đồ khu vực neo đậu Vũng Tàu .6 Sơ đồ khu vực cảng xăng dầu Cù Lao Tào .7 Sự phân bố đường kính hạt vật liệu đáy bùn trong Vịnh Gành Rái.8 Hướng và tốc độ dòng chảy tại một số khu vực neo đậu Vũng Tàu.9 Mô tả về điều kiện biên .10 Đồ thị mô tả kết quả thực nghiệm mô hình neo và neo thật .1 Mô hình bài toán nghiên cứu .2 Quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu .3 Mô hình bài toán và hình ảnh chia lưới .4 Phân bố áp suất và phân bố pha khi vận tốc dòng chảy là 0,2 knot.5 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,20 knot.6 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,25 knot.7 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,30 knot.8 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,35 knot.9 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,40 knot.10 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,20 knot .11 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,25 knot .12 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,30 knot .13 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,35 knot .14 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,40 knot .15 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,20 knot .16 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,25 knot .17 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,30 knot .18 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,35 knot .19 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,40 knot .20 Giá trị lực cản theo tốc độ dòng chảy .21 Giá trị lực cản theo chế độ tải .22 Phân tích trọng lực lỉn neo .23 Phân tích lực tác động lên lỉn neo .1 Sơ đồ nguyên lý bài toán nghiên cứu thực nghiệm.2 Hình ảnh mô hình tàu Aulac Jupiter .3 Hình ảnh tàu Aulac Jupiter đang neo đậu .4 Hình ảnh thiết bị đo lực.5 Hình ảnh thiết bị đo vận tốc dòng chảy .6 Kích thước cơ bản kênh dẫn tuần hoàn .7 Hình ảnh cấp nước cho hệ thống.8 Hình ảnh kiểm tra hệ thống trước khi vận hành.9 Hình ảnh chất thêm tải để thay đổi mớn nước .10 Sơ đồ bố trí lỉn neo tàu Aulac Jupiter tại khu neo đậu Vũng Tàu .11 Mô hình tính toán lỉn neo tàu Aulac Jupiter .12 Lực căng lỉn neo trên mô hình tàu Aulac Jupiter khi không tải.13 Lực căng lỉn neo trên mô hình tàu Aulac Jupiter khi nửa tải .14 Lực căng lỉn neo trên mô hình tàu Aulac Jupiter khi đầy tải .1 Giao diện sử dụng bộ dữ liệu neo đậu. 82 xvi DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Số vụ tai nạn hàng hải xảy ra tại các cảng của Việt Nam và khu vực Vũng Tàu .1 Tổng hợp các công bố trên thế giới .2 Tổng hợp các công bố trong nước .3 Tổng hợp đặc điểm tự nhiên khu vực neo đậu Vũng Tàu .4 Giá trị hệ số K1 phụ thuộc vào chất đáy .5 Hệ số lực bám đáy và hệ số ma sát của xích neo .6 Các thông số cơ bản tàu Aulac Jupiter .1 Tổng hợp các đặc tính lựa chọn .2 Các đặc tính dòng chảy 2 pha .3 Phân tích quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu .4 Số lượng lưới cho trường hợp không tải .5 Bảng tổng hợp giá trị tính toán lực cản trên vỏ tàu .1 Các thông số chính của thiết bị đo lực.2 Tổng hợp kết quả tính toán lực căng lỉn neo bằng phương pháp tính toán động lực học chất lưu và thực nghiệm .1 Số liệu lực căng lỉn neo khi không tải .2 Các hệ số xác định hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa lực căng lỉn neo và vận tốc dòng chảy trong trường hợp không tải .3 Các hệ số xác định hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa lực căng lỉn neo và vận tốc dòng chảy trong trường hợp nửa tải .4 Các hệ số xác định hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa lực căng lỉn neo và vận tốc dòng chảy trong trường hợp đầy tải.5 Các thông số chính của neo tàu Aulac Jupiter .6 Các thông số chính của lỉn neo tàu Aulac Jupiter .7 Kết quả lực căng lỉn neo tàu thực (tính theo kG) .8 Kết quả lực căng lỉn neo tàu thực (tính theo % lực giữ neo) .9 Lực căng lỉn neo trong trường hợp không tải .10 Lực căng lỉn neo trong trường hợp nửa tải .11 Lực căng lỉn neo trong trường hợp đầy tải. Tính cấp thiết của đề tài luận án Theo kết quả thống kê của Cục Hàng hải Việt Nam, giai đoạn 2010 – 2017 [107], trong cả nước trung bình mỗi năm có gần 30 vụ tai nạn hàng hải nghiêm trọng liên quan đến tàu biển.
Số vụ tai nạn hàng hải xảy ra khá nhiều tại khu vực Vũng Tàu, cụ thể theo bảng sau: Bảng 1. Số vụ tai nạn hàng hải xảy ra tại các cảng của Việt Nam và khu vực Vũng Tàu Năm 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Số vụ tai nạn hàng hải 43 60 34 30 16 23 21 19 trong cả nước Số vụ tai nạn hàng hải 09 11 07 03 06 04 04 09 khu vực Vũng Tàu Một trong những nguyên nhân gây ra tai nạn hàng hải là người điều khiển tàu thủy không làm chủ được tác động của các yếu tố ngoại cảnh đến tàu. Tại khu vực neo đậu Vũng Tàu đã có nhiều cảnh báo nguy cơ trôi neo, va chạm do tác động của yếu tố ngoại cảnh. Một số vụ tai nạn hàng hải [111], [112] đáng báo động tại khu vực này đã xảy ra: - Ngày 07/7/2010 đã xảy ra vụ tai nạn hàng hải giữa tàu dầu Weichi, cảng đăng ký Hồng Kông, trọng tải 45.854 DWT và Bến phao neo tàu dầu trọng tải 50.000 DWT thuộc kho xăng dầu Cù Lao Tào.
Hậu quả của vụ tai nạn làm cho chân vịt tàu Weichi bị biến dạng và phao số 4 của Bến phao neo bị chìm; - Ngày 19/10/2012 đã xảy ra sự cố đứt dây buộc của tàu dầu Nord Optimiser, cảng đăng ký Monrovia, trọng tải 47.
