Đồ án tốt nghiệp: Mô phỏng khí động lực học ô tô bằng phần mềm máy tính

• Tác giả: Đỗ Phú Ngưu
• Người hướng dẫn: ThS. Đỗ Phú Ngưu
• Trường học: Đại học Đà Nẵng, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Ứng dụng phần mềm máy tính mô phỏng khí động lực học ô tô
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

• Danh sách thành viên tham gia
• Danh sách các bảng, hình vẽ
• Danh sách các chữ viết tắt
• Thông tin kết quả nghiên cứu
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Khí động học ô tô
• 0.2. Khí động lực học và các thông số đặc trưng
• 0.3. Lực cản không khí
• 0.4. Cấu trúc vỏ xe và sự hình thành các vùng xoáy thấp áp
• 0.5. Nguồn gốc của lực cản
• 0.6. Sự phát triển hình dạng thân xe
• 0.7. Tình trạng nghiên cứu khí động học ô tô
• 0.7.1. Nghiên cứu lý thuyết
• 0.7.2. Nghiên cứu thực nghiệm
• 0.8. Tổng quan về mô phỏng CFD và các ứng dụng công nghiệp
• 0.8.1. Giới thiệu về mô phỏng CFD
• 0.8.2. Mô phỏng CFD
• 0.8.3. Quy trình mô phỏng CFD
• 0.8.4. Các ứng dụng thực tiễn của mô phỏng CFD
• 1. Xây dựng mô hình mô phỏng khí động lực học Ô tô
• 1.1. Cơ sở lí thuyết khí động học. Mô phỏng dòng chảy không khí
• 1.2. Các công cụ toán học và ký hiệu quy ước
• 1.3. Các phương trình mô phỏng
• 1.4. Các thông số đặc trưng. Mô phỏng dòng chảy rối
• 1.5. Phương pháp số để giải bài toán khí động học
• 1.6. Mô phỏng khí động học vỏ xe bằng ANSYS – FLUENT
• 1.6.1. Giới thiệu chung về ANSYS – FLUENT
• 1.6.2. Mô phỏng dòng chảy không khí bao quanh vỏ xe bằng FLUENT
• 2. Nghiên cứu khí động lực học mẫu xe Ô tô tesla Cybertruck bằng phần mềm ANSYS - FLUENT
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Giới thiệu mẫu ô tô Tesla Cybertruck và một số giả thuyết của bài mô phỏng khí động lực học ô tô
• 2.2.1. Giới thiệu mẫu ô tô Tesla Cybertruck
• 2.2.2. Các giả thuyết và giới hạn nghiên cứu của bài toán mô phỏng
• 2.3. Xây dựng mô hình hình học, xác định vùng không gian mô phỏng
• 2.3.1. Xây dựng mô hình hình học của xe Tesla Cybertruck
• 2.3.2. Xác định vùng không gian mô phỏng và miền tính toán
• 2.4. Chia lưới và đặt các điều kiện ràng buộc của bài toán mô phỏng
• 2.4.1. Đặt các điều kiện tính toán
• 2.5. Phân tích kết quả mô phỏng

I. Giới thiệu về khí động lực học ô tô

Khí động lực học ô tô là lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Nó liên quan đến việc phân tích và tối ưu hóa các lực tác động lên ô tô khi di chuyển trong không khí. Khí động lực học không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành mà còn đến an toàn và tiết kiệm nhiên liệu. Các yếu tố như lực cản không khí và hình dạng thân xe đóng vai trò quyết định trong việc giảm thiểu lực cản và nâng cao hiệu suất. Theo nghiên cứu, lực cản không khí tỷ lệ với bình phương vận tốc, điều này có nghĩa là ở tốc độ cao, lực cản sẽ gia tăng đáng kể, ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp mô phỏng như mô phỏng CFD là cần thiết để tối ưu hóa thiết kế ô tô.

1.1. Các thông số đặc trưng trong khí động lực học

Trong nghiên cứu khí động lực học, các thông số như số Reynolds và số Mach là rất quan trọng. Số Reynolds giúp đánh giá trạng thái dòng chảy, trong khi số Mach xác định tốc độ so với tốc độ âm thanh. Đối với ô tô, số Reynolds thường được sử dụng để phân tích dòng chảy không nén, giúp đơn giản hóa các tính toán. Việc hiểu rõ các thông số này sẽ giúp các kỹ sư thiết kế ô tô hiệu quả hơn, giảm thiểu lực cản và tối ưu hóa hình dạng khí động học của xe.

II. Mô phỏng khí động lực học ô tô bằng phần mềm máy tính

Mô phỏng khí động lực học ô tô bằng phần mềm máy tính, đặc biệt là phần mềm ANSYS – FLUENT, đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong thiết kế ô tô hiện đại. Mô phỏng CFD cho phép các kỹ sư mô phỏng dòng chảy không khí xung quanh xe, từ đó phân tích các lực tác động và tối ưu hóa thiết kế. Quy trình mô phỏng bao gồm việc xây dựng mô hình hình học, xác định vùng không gian mô phỏng và chia lưới. Các kết quả từ mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất khí động học và đưa ra các giải pháp cải tiến thiết kế. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình thử nghiệm thực tế.

2.1. Quy trình mô phỏng CFD

Quy trình mô phỏng CFD bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xây dựng mô hình hình học của xe, sau đó xác định các điều kiện biên và chia lưới cho mô hình. Việc chia lưới là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả mô phỏng. Sau khi hoàn tất các bước chuẩn bị, phần mềm sẽ thực hiện tính toán và đưa ra các kết quả về phân bố áp suất, vận tốc và lực cản. Những thông tin này sẽ giúp các kỹ sư đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý nhằm cải thiện hiệu suất khí động học của ô tô.

III. Nghiên cứu khí động lực học mẫu xe Tesla Cybertruck

Mẫu xe Tesla Cybertruck đã được chọn làm đối tượng nghiên cứu trong đề tài này. Việc mô phỏng khí động lực học của Cybertruck không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất của xe mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc tối ưu hóa thiết kế. Các giả thuyết và giới hạn nghiên cứu được xác định rõ ràng, từ đó xây dựng mô hình hình học và xác định vùng không gian mô phỏng. Kết quả mô phỏng cho thấy sự ảnh hưởng của hình dạng thân xe đến lực cản và hiệu suất khí động học. Việc nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp ô tô.

3.1. Phân tích kết quả mô phỏng

Phân tích kết quả mô phỏng là bước quan trọng để đánh giá hiệu suất khí động học của Cybertruck. Các thông số như hệ số cản và phân bố áp suất được xem xét kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy rằng hình dạng khí động học của Cybertruck đã được tối ưu hóa, giúp giảm thiểu lực cản và nâng cao hiệu suất. Những phát hiện này không chỉ có ý nghĩa trong việc cải tiến thiết kế của Cybertruck mà còn có thể áp dụng cho các mẫu xe khác trong tương lai. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng đã chứng minh được giá trị thực tiễn trong việc phát triển các sản phẩm ô tô hiện đại.