Nghiên cứu ảnh hưởng động lực học dòng chảy đến lực cản tàu thủy khi đổi hướng

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ẢNH HƯỞNG ĐỘNG LỰC HỌC DÒNG CHẢY BAO ĐẾN TÀU THỦY

1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu của luận án

1.2. Phân tích tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.3. Phân tích tình hình nghiên cứu trong nước

1.4. Tổng quan về động lực học dòng chảy bao tàu thủy và CFD

1.5. Một số khái niệm về động lực học dòng chảy bao tàu thủy

1.5.1. Khái niệm về CFD

1.5.2. Một số khái niệm liên quan đến chuyển động tàu thủy

1.5.3. Cơ sở lý thuyết về ổn định tàu thủy

1.6. Giới hạn vấn đề nghiên cứu của luận án

1.7. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CFD TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC DÒNG CHẢY BAO QUANH TÀU THỦY

2.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu và cơ sở toán học

2.1.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu

2.1.2. Cơ sở toán học

2.2. Tính toán mô phỏng động lực học dòng chảy bao quanh tàu thủy

2.2.1. Giới hạn điều kiện biên

2.2.2. Một số cửa sổ chính khi tính toán cùng Fluent-Ansys

2.3. Phân tích kết quả tính toán mô phỏng

2.3.1. Trường hợp tàu đi thẳng

2.3.2. Trường hợp tàu thay đổi hướng chuyển động

2.3.3. Kết quả tính toán mô phỏng cho bài toán 2D

2.3.4. Kết quả tính toán mô phỏng cho bài toán 3D

2.4. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG ĐỘNG LỰC HỌC DÒNG CHẢY BAO ĐẾN LỰC CẢN TÀU THỦY KHI THAY ĐỔI HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG

3.1. Xây dựng mô hình bài toán và quy trình tính toán mô phỏng

3.1.1. Xây dựng mô hình bài toán nghiên cứu

3.1.2. Xây dựng quy trình tính toán mô phỏng

3.2. Kết quả tính toán mô phỏng của từng trường hợp

3.2.1. Điều kiện đầu vào

3.2.2. Kết quả tính toán mô phỏng cho từng trường hợp khi hướng chuyển động thẳng, khi thay đổi hướng chuyển động và vận tốc của tàu

3.2.2.1. Trường hợp tàu chuyển động thẳng

3.2.2.2. Trường hợp thay đổi hướng chuyển động của tàu θ = 0100

3.2.2.3. Trường hợp thay đổi hướng chuyển động θ = 0200 và θ = 0300

3.2.3. Tổng hợp, phân tích và đánh giá kết quả tính toán mô phỏng

3.2.3.1. Đối với giá trị lực cản

3.2.3.2. Đối với giá trị lực ly tâm

3.2.3.3. Đối với giá trị mô men gia thêm

3.3. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: PHÂN TÍCH, SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

4.1. Một số mô hình bể thử tàu

4.2. Thiết kế và chế tạo mô hình tàu nghiên cứu thực nghiệm

4.2.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm

4.2.2. Thiết kế chế tạo một số thiết bị chính

4.3. Quy trình và phương án nghiên cứu thực nghiệm tại bể thử mô hình tàu của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

4.3.1. Quy trình vận hành bể thử mô hình tàu

4.3.2. Giới hạn phương án nghiên cứu thực nghiệm

4.4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm tại bể thử mô hình tàu

4.4.1. Dữ liệu cơ bản liên quan tại bể thử mô hình tàu

4.4.2. Phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm

4.4.3. Tổng hợp, so sánh và đánh giá kết quả tính toán mô phỏng và kết quả nghiên cứu thực nghiệm

4.5. Kết luận chương 4

PHẦN PHỤ LỤC (Gồm 03 phụ lục)

PHỤ LỤC 1: HỒ SƠ LIÊN QUAN M/V TAN CANG FOUNDATION

PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG BẰNG NAPA

PHỤ LỤC 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ TẠI BỂ THỬ MÔ HÌNH TÀU CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan ảnh hưởng động lực học dòng chảy đến tàu thủy

Phần này trình bày tổng quan về động lực học dòng chảy và ảnh hưởng của nó đến lực cản tàu thủy khi đổi hướng. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích các yếu tố thủy động lực học tác động lên tàu, đặc biệt là khi tàu thay đổi hướng chuyển động. Các khái niệm cơ bản về CFD (Computational Fluid Dynamics) và thủy động lực học được giới thiệu, cùng với các nghiên cứu liên quan trên thế giới và trong nước. Phần này cũng đề cập đến giới hạn của nghiên cứu và kết luận chương.

1.1. Khái niệm về động lực học dòng chảy

Động lực học dòng chảy là lĩnh vực nghiên cứu về sự chuyển động của chất lỏng và tác động của nó lên các vật thể. Trong bối cảnh tàu thủy, dòng chảy bao quanh tàu tạo ra các lực thủy động, bao gồm lực cản và lực ly tâm, đặc biệt khi tàu thay đổi hướng. Các khái niệm cơ bản như CFD và thủy động lực học được giới thiệu để làm cơ sở cho các phân tích tiếp theo.

1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước

Nghiên cứu về động lực học dòng chảy và lực cản tàu thủy đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới, đặc biệt trong lĩnh vực thủy động lực học và mô phỏng dòng chảy. Trong nước, các nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng CFD để tính toán và tối ưu hóa lực cản. Phần này cũng phân tích các nghiên cứu liên quan đến đổi hướng tàu thủy và ảnh hưởng của dòng chảy đến hiệu suất tàu.

II. Ứng dụng CFD tính toán mô phỏng động lực học dòng chảy

Phần này trình bày việc ứng dụng CFD để tính toán và mô phỏng động lực học dòng chảy bao quanh tàu thủy. Các mô hình toán học và điều kiện biên được xây dựng để mô phỏng các trường hợp tàu đi thẳng và thay đổi hướng. Kết quả mô phỏng được phân tích để đánh giá ảnh hưởng của dòng chảy đến lực cản tàu thủy. Phần này cũng giới thiệu các công cụ và phương pháp sử dụng trong quá trình mô phỏng.

2.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu

Mô hình nghiên cứu được xây dựng dựa trên các phương trình thủy động lực học và điều kiện biên phù hợp. Các thông số đầu vào như vận tốc tàu, góc đổi hướng, và đặc tính dòng chảy được xác định để thực hiện mô phỏng. Phần này cũng giới thiệu các công cụ CFD như Fluent-Ansys được sử dụng trong quá trình tính toán.

2.2. Phân tích kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng được phân tích để đánh giá ảnh hưởng của động lực học dòng chảy đến lực cản tàu thủy khi tàu đi thẳng và thay đổi hướng. Các trường hợp mô phỏng 2D và 3D được thực hiện để so sánh và đánh giá độ chính xác của mô hình. Kết quả cho thấy sự thay đổi đáng kể của lực cản khi tàu đổi hướng, đặc biệt ở các góc lớn.

III. Đánh giá ảnh hưởng động lực học dòng chảy đến lực cản tàu thủy

Phần này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của động lực học dòng chảy đến lực cản tàu thủy khi tàu thay đổi hướng chuyển động. Các kết quả tính toán mô phỏng được tổng hợp và phân tích để xác định giá trị lực cản gia thêm, lực ly tâm, và mô men gia thêm. Phần này cũng đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản và cách tối ưu hóa hiệu suất tàu.

3.1. Kết quả tính toán mô phỏng

Kết quả tính toán mô phỏng cho thấy sự thay đổi của lực cản tàu thủy khi tàu thay đổi hướng chuyển động. Các giá trị lực cản gia thêm, lực ly tâm, và mô men gia thêm được xác định và phân tích chi tiết. Kết quả cho thấy rằng lực cản tăng đáng kể khi góc đổi hướng lớn, đặc biệt ở các vận tốc cao.

3.2. Phân tích và đánh giá kết quả

Các kết quả mô phỏng được phân tích để đánh giá ảnh hưởng của động lực học dòng chảy đến hiệu suất tàu. Phần này cũng đề xuất các giải pháp để tối ưu hóa lực cản và cải thiện hiệu suất tàu khi thay đổi hướng. Các yếu tố như vận tốc, góc đổi hướng, và đặc tính dòng chảy được xem xét để đưa ra các khuyến nghị cụ thể.

IV. Nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá kết quả

Phần này trình bày quá trình nghiên cứu thực nghiệm tại bể thử mô hình tàu của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. Các mô hình tàu được thiết kế và chế tạo để thực hiện các thí nghiệm nhằm xác định lực cản tàu thủy khi thay đổi hướng. Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình.

4.1. Thiết kế và chế tạo mô hình tàu

Mô hình tàu được thiết kế và chế tạo dựa trên tiêu chuẩn đồng dạng với tàu container M/V TAN CANG FOUNDATION. Các thiết bị đo lường và hệ thống điều khiển được lắp đặt để thực hiện các thí nghiệm tại bể thử. Phần này cũng giới thiệu quy trình vận hành bể thử và các phương án nghiên cứu thực nghiệm.

4.2. Phân tích kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm được phân tích để xác định lực cản tàu thủy khi tàu thay đổi hướng chuyển động. Các giá trị lực cản đo được được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình. Kết quả cho thấy sự tương đồng cao giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng, khẳng định tính hiệu quả của phương pháp nghiên cứu.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Ảnh hưởng động lực học dòng chảy đến lực cản tàu thủy khi thay đổi hướng chuyển động