Nghiên cứu xây dựng bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng phục vụ dẫn tàu an toàn

• Tác giả: Nguyễn Văn Cang
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Xuân Phương
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học hàng hải
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng phục vụ công tác dẫn tàu an toàn
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của luận án
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu của luận án
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.6. Những điểm đóng góp mới của luận án
• 1.7. Kết cấu của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHÒNG
• 2.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu của luận án
• 2.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới liên quan đến luận án
• 2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến luận án
• 2.4. Tổng quan về tuyến luồng hàng hải Hải Phòng
• 2.5. Đặc điểm cơ bản của tuyến luồng Hải Phòng
• 2.6. Đặc điểm chế độ thủy triều tại khu vực Hải Phòng
• 2.7. Phân chia tuyến luồng hàng hải Hải Phòng thành các đoạn luồng phục vụ tính toán mô phỏng
• 2.8. Giới hạn vấn đề nghiên cứu của luận án
• 2.9. Kết luận chương 1
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỘNG LỰC HỌC DÒNG CHẢY, ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG CHẢY ĐẾN SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU VÀ ỨNG DỤNG CFD TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI
• 3.1. Cơ sở lý luận động lực học dòng chảy tuyến luồng hàng hải
• 3.2. Tính toán thủy triều trong hàng hải
• 3.3. Giới thiệu lịch thủy triều Anh và bảng thủy triều Việt Nam
• 3.4. Phương pháp tính toán thủy triều trong hàng hải
• 3.5. Sử dụng lịch thủy triều Anh kết hợp hải đồ để tính toán dòng triều
• 3.6. Ảnh hưởng của dòng chảy đến sự chuyển động của tàu
• 3.7. Lựa chọn phương pháp tính toán mô phỏng dòng chảy trên tuyến luồng hàng hải
• 3.8. Giới thiệu CFD
• 3.9. Giới thiệu phần mềm MIKE
• 3.10. Giới thiệu phần mềm Flow-3D
• 3.11. Kết luận chương 2
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHÒNG
• 4.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu
• 4.2. Xây dựng quy trình ứng dụng CFD tính toán mô phỏng dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng
• 4.3. Phân tích sơ đồ quy trình ứng dụng CFD tính toán mô phỏng
• 4.4. Thực hiện quy trình xây dựng mô hình nghiên cứu bám sát thực tế
• 4.5. Vẽ mô hình, chia lưới và đặt điều kiện biên cho mô hình tính toán
• 4.6. Ứng dụng CFD với Fluent - Ansys tính toán mô phỏng vận tốc dòng chảy
• 4.7. Phân tích kết quả tính toán mô phỏng (hiệu chỉnh mô hình nếu cần)
• 4.8. Kết luận chương 3
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHÒNG
• 5.1. Nghiên cứu thực nghiệm tại thực địa trên tuyến luồng Hải Phòng
• 5.2. Phương án nghiên cứu thực nghiệm
• 5.3. Thực hiện đối với phương án thứ nhất - Sử dụng bộ dữ liệu tại các trạm quan trắc đo mực thủy triều trên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng
• 5.4. Thực hiện đối với phương án thứ hai - Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát và đo đạc thực tế tại thực địa trên mỗi đoạn luồng của tuyến luồng hàng hải Hải Phòng
• 5.5. Phân tích, so sánh và đánh giá độ chính xác giá trị vận tốc dòng chảy theo các phương án trong nghiên cứu thực nghiệm
• 5.6. Đề xuất mẫu bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng
• 5.6.1. Phân tích thông tin chung về bản đồ dòng chảy
• 5.6.2. Mẫu bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng dạng giấy
• 5.6.3. Mẫu bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng dạng số hóa
• 5.7. Kết luận chương 4
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC
• PHỤ LỤC 1: Kết quả tổng hợp kết quả tính toán mô phỏng dòng chảy bằng CFD khi thủy triều dâng của 10 đoạn trên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, xét trường hợp khi Vdc = 0,7 m/s (các trường hợp còn lại tương tự)
• PHỤ LỤC 2: Minh họa hiển thị giá trị mực thủy triều tức thời (10 phút/giá trị) tại trạm đo Lạch Huyện trên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng
• PHỤ LỤC 3: Kết quả tổng hợp, so sánh và hệ số hiệu chỉnh giá trị mực thủy triều theo các trạm đo thực tế và trong bảng thủy triều tương ứng năm khảo sát
• PHỤ LỤC 4: Kết quả tính toán giá trị độ cao mực thủy triều cho bảng thủy triều mới 2020 (hiệu chỉnh lần thứ hai) theo hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều của trạm đo Lạch Huyện năm 2019 (klh) và kết hợp bảng thủy triều Việt Nam 2020. Tính toán vận tốc (Vdc) và hướng dòng chảy bám sát điều kiện biên
• PHỤ LỤC 5: Kết quả đo giá trị vận tốc dòng chảy thực tế (Vtt) và kết quả so sánh, đánh giá theo tỷ lệ (%) với giá trị vận tốc dòng chảy tính toán (Vdc)
• PHỤ LỤC 6: Một số hình ảnh nghiên cứu thực nghiệm của NCS cùng cộng sự

I. Giới thiệu luận án tiến sĩ

Luận án tiến sĩ với chủ đề 'Xây dựng bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng đảm bảo an toàn dẫn tàu' được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Cang tại Trường Đại học Giao thông Vận tải TP. Hồ Chí Minh. Luận án tập trung vào việc nghiên cứu và thử nghiệm xây dựng bản đồ dòng chảy nhằm hỗ trợ công tác dẫn tàu an toàn trên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng. Mục tiêu chính là khắc phục những hạn chế của phương pháp sử dụng bảng thủy triều truyền thống, vốn chỉ cung cấp thông tin tức thời và không liên tục.

1.1. Tính cấp thiết của luận án

Công tác dẫn tàu trên các tuyến luồng hàng hải tại Việt Nam hiện nay phụ thuộc nhiều vào bảng thủy triều, vốn chỉ cung cấp thông tin về thời gian và độ cao nước lớn, nước ròng trong ngày. Điều này dẫn đến việc dự đoán thủy triều tại các thời điểm khác phải thông qua tính toán nội suy, làm giảm độ chính xác và gây khó khăn cho hoa tiêu và thuyền trưởng. Luận án này nhằm khắc phục những hạn chế đó bằng cách xây dựng bản đồ dòng chảy liên tục và trực quan hơn.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận án là xây dựng bản đồ dòng chảy cho tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, sử dụng công nghệ CFD (Computational Fluid Dynamics) để mô phỏng và tính toán dòng chảy. Bản đồ này sẽ hiển thị hướng và tốc độ dòng chảy một cách liên tục, giúp cải thiện độ chính xác và hỗ trợ hiệu quả cho công tác dẫn tàu an toàn.

II. Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Các số liệu từ bảng thủy triều và các trạm quan trắc mực thủy triều trên tuyến luồng Hải Phòng được kế thừa và phân tích. Ngoài ra, nghiên cứu còn tiến hành khảo sát thực địa và ứng dụng công nghệ CFD để mô phỏng dòng chảy.

2.1. Kế thừa số liệu thủy triều

Nghiên cứu kế thừa số liệu từ bảng thủy triều Việt Nam và các trạm quan trắc mực thủy triều tại các vị trí như Arroyo, Sông Cấm và Lạch Huyện. Các số liệu này được sử dụng làm cơ sở để tính toán và mô phỏng dòng chảy.

2.2. Ứng dụng CFD trong mô phỏng

Công nghệ CFD được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trên tuyến luồng Hải Phòng. Phần mềm Fluent - Ansys được áp dụng để tính toán vận tốc và hướng dòng chảy, từ đó xây dựng bản đồ dòng chảy dạng giấy và số hóa.

III. Kết quả nghiên cứu

Luận án đã xây dựng thành công bản đồ dòng chảy cho tuyến luồng hàng hải Hải Phòng. Bản đồ này hiển thị hướng và tốc độ dòng chảy một cách liên tục và chính xác, giúp cải thiện đáng kể công tác dẫn tàu an toàn. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy sự hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ CFD trong việc mô phỏng dòng chảy.

3.1. Bản đồ dòng chảy dạng giấy

Bản đồ dòng chảy dạng giấy được xây dựng dựa trên kết quả mô phỏng bằng CFD. Bản đồ này hiển thị hướng và tốc độ dòng chảy tại từng thời điểm trong ngày và các ngày trong năm, giúp hoa tiêu và thuyền trưởng dễ dàng theo dõi và điều chỉnh lộ trình tàu.

3.2. Bản đồ dòng chảy số hóa

Bản đồ dòng chảy số hóa được tích hợp vào hệ thống hải đồ điện tử, cho phép hiển thị thông tin dòng chảy một cách trực quan và liên tục. Điều này giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong công tác dẫn tàu.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Luận án có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao an toàn hàng hải trên tuyến luồng Hải Phòng. Bản đồ dòng chảy được xây dựng không chỉ hỗ trợ công tác dẫn tàu mà còn góp phần quản lý hiệu quả các tuyến luồng hàng hải. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành hàng hải, đặc biệt là tại các cảng biển có điều kiện thủy triều phức tạp.

4.1. Đóng góp khoa học

Luận án đã đưa ra phương pháp mới trong việc xây dựng bản đồ dòng chảy, kết hợp giữa kế thừa số liệu truyền thống và ứng dụng công nghệ hiện đại như CFD. Đây là một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu hàng hải.

4.2. Ứng dụng thực tiễn

Bản đồ dòng chảy được xây dựng có thể được sử dụng trực tiếp trong công tác dẫn tàu tại tuyến luồng Hải Phòng, giúp giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả hoạt động của các cảng biển.