Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, số lượng phương tiện giao thông đường bộ tại Việt Nam, đặc biệt là các dòng ô tô con (xe du lịch), gia tăng nhanh chóng cùng với sự phát triển của hệ thống đường cao tốc đòi hỏi tốc độ di chuyển ngày càng cao. Nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế và định hướng phát triển công nghiệp, Chính phủ đã ban hành hai văn bản chiến lược vào tháng 7/2014 gồm: "Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến 2030" và "Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035", trong đó lĩnh vực sản xuất ô tô con nhận được sự quan tâm trọng điểm.

Mặc dù có sự tham gia của nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp trong nước, phần lớn các dây chuyền hiện nay vẫn chủ yếu dựa trên linh kiện và phụ tùng nhập khẩu dạng CKD. Công đoạn thực hiện nội địa chủ yếu dừng lại ở việc sản xuất khung vỏ bằng công nghệ hàn, sơn và lắp ráp nội thất với chất lượng còn nhiều hạn chế. Năng lực nghiên cứu, thiết kế và tối ưu hóa kết cấu hình học thân vỏ nhằm nâng cao các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật vận hành của phương tiện chưa được đầu tư thích đáng. Để nâng cao năng lực cạnh tranh với các dòng xe nhập khẩu nguyên chiếc, việc làm chủ khâu thiết kế khí động học vỏ xe là yêu cầu cấp thiết nhằm giảm lực cản không khí, hạ thấp mức tiêu hao nhiên liệu và tăng cường độ an toàn, ổn định chuyển động ở tốc độ cao.

Khóa luận xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích, đánh giá đặc tính khí động lực học của dòng không khí tác động lên thân vỏ xe ô tô con; thông qua kết quả mô phỏng số để khảo sát ảnh hưởng của các thông số hình học thân vỏ và đề xuất giải pháp giảm lực cản khí động, nâng cao hiệu quả kinh tế và vận tốc chuyển động.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
    • Tổng quan cơ sở lý thuyết về động lực học chất lưu, các phương trình dòng chảy và mô hình dòng rối.
    • Xây dựng quy trình mô hình hóa 3D vỏ xe bằng công cụ CAD trên phần mềm SolidWorks.
    • Thiết lập bài toán mô phỏng khí động học ngoài (external aerodynamics) trên mô đun SolidWorks Flow Simulation, xác định miền không gian tính toán, lưới phần tử và các điều kiện biên.
    • Mô phỏng trường áp suất, trường vận tốc và quỹ đạo dòng chảy bao quanh vỏ xe cơ sở.
    • Khảo sát sự thay đổi của hệ số cản chính diện ($C_d$) khi thay đổi các thông số kết cấu (góc nghiêng kính chắn gió trước và kính sau).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu khí động học thân vỏ xe ô tô con (du lịch). Mô hình hình học tham chiếu được xây dựng dựa trên thông số kích thước của xe Suzuki Vitara (khoảng sáng gầm xe 185 mm).
  • Phạm vi nghiên cứu: Bài toán mô phỏng số khí động học ngoài trong môi trường không khí đồng nhất, vận tốc dòng tới khảo sát đạt $60\text{ m/s}$ ($216\text{ km/h}$), xét dòng chảy dưới âm không nén ($M < 0,3$).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình toán học

Khóa luận sử dụng nền tảng lý thuyết cơ học chất lưu vi phân để mô tả trường dòng chảy không khí bao quanh vật thể chuyển động:

  • Hệ phương trình Navier-Stokes: Với giả thiết dòng không khí bao quanh ô tô chuyển động ở chế độ cận âm có số Mach $M < 0,3$, môi chất được xem là chất khí không chịu nén ($\rho = \text{const}$). Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động gồm:

    • Phương trình bảo toàn khối lượng (phương trình liên tục): $$\operatorname{div} \vec{u} = \partial_i u_i = 0$$
    • Phương trình bảo toàn động lượng: $$\frac{d\vec{u}}{dt} = \vec{F} - \frac{1}{\rho}\operatorname{grad} p + \nu \Delta \vec{u}$$ Bỏ qua lực khối $\vec{F}$ do khối lượng riêng của không khí nhỏ, phương trình viết dưới dạng tensor ứng suất nhớt $\tau_{ij}$: $$\partial_t u_i + u_j \partial_j u_i = -\frac{1}{\rho} \partial_i p + \frac{1}{\rho}\partial_j \tau_{ij}$$

  • Phương trình Reynolds trung bình hóa cho dòng rối (RANS): Do dòng chảy quanh ô tô có tính chất rối cao, các biến số vận tốc $u_i$ và áp suất $p$ được phân tách thành thành phần trung bình thời gian và thành phần biến động ($u_i = \bar{u}i + u_i'$, $p = \bar{p} + p'$), làm xuất hiện tensor ứng suất Reynolds $\tau{ij}^t = -\rho \overline{u_i' u_j'} = \mu_t \partial_j \bar{u}_i$, trong đó $\mu_t$ là độ nhớt dòng rối.

  • Đánh giá và lựa chọn mô hình dòng rối:

    • Mô hình 0 phương trình: Xác định $\mu_t$ qua chiều dài hòa trộn $l_m$; không phù hợp do giả thiết môi trường đồng nhất, không mô tả được dòng tách lớp phức tạp quanh ô tô.
    • Mô hình 1 phương trình (Prandtl-Kolmogorov): Giải thêm phương trình động năng rối $k$; không mô tả đầy đủ sự tương tác năng lượng trong vùng xoáy rộng phía sau xe.
    • Mô hình 2 phương trình ($k-\varepsilon$ tiêu chuẩn): Độ nhớt rối được tính qua động năng rối $k$ và tốc độ tiêu tán năng lượng rối $\varepsilon$ theo hệ số $C_\mu$: $$\mu_t = \rho C_\mu \frac{k^2}{\varepsilon}$$ Sử dụng các hằng số thực nghiệm tiêu chuẩn ($C_1 = 1,44; C_2 = 1,92$). Đây là mô hình tối ưu về mặt cân bằng giữa độ chính xác và tài nguyên máy tính, được lựa chọn cho bài toán.
    • Mô hình ứng suất Reynolds (RSM - 7 phương trình): Giải trực tiếp 6 thành phần của tensor ứng suất và 1 phương trình $\varepsilon$. Mặc dù có độ chính xác cao nhất, mô hình này đòi hỏi cấu hình phần cứng vượt quá khả năng trang bị thực tế tại thời điểm nghiên cứu nên không được áp dụng.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán

Nghiên cứu kết hợp phương pháp lý thuyết tính toán số và mô phỏng CFD trên phần mềm thương mại:

  • Công cụ CAD: Sử dụng phần mềm SolidWorks để dựng mô hình hình học 3D bề mặt thân vỏ từ các bản vẽ hình chiếu kỹ thuật 2D thông qua công cụ Sketch Picture.
  • Mô đun phân tích CFD: Sử dụng SolidWorks Flow Simulation (SFS) để thiết lập miền không gian tính toán, rời rạc hóa lưới thể tích hữu hạn, gán điều kiện biên và giải số hệ phương trình RANS.

Thiết lập miền tính toán và điều kiện biên

  • Kích thước miền tính toán (Computational Domain): Hình hộp chữ nhật bao quanh xe với kích thước ban đầu $20\text{ m} \times 5\text{ m} \times 6\text{ m}$ (Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao), thỏa mãn tiêu chí dòng không bị cản trở bởi biên giới hạn:
    • Chiều rộng $\ge 10$ lần chiều rộng xe.
    • Chiều cao $\ge 5$ lần chiều cao xe.
    • Chiều dài phía trước $\ge 2$ lần chiều cao xe; chiều dài phía sau $\ge 10$ lần chiều cao xe để dòng xoáy đuôi phát triển hoàn toàn và không xuất hiện hiện tượng dòng chảy ngược (reverse flow) tại mặt thoát (Outlet).
  • Phân chia lưới: Sử dụng kiểu lưới tinh (Create Mesh fine) với mật độ phần tử được làm mịn cục bộ tại khu vực sát biên dạng vỏ xe nhằm nắm bắt chính xác lớp biên và hiện tượng tách dòng.
  • Điều kiện biên và thông số môi chất:
    • Không khí ở điều kiện chuẩn: Khối lượng riêng $\rho = 1,205\text{ kg/m}^3$, độ nhớt động học $\nu = 1,7894 \times 10^{-5}\text{ m}^2/\text{s}$.
    • Mặt đầu vào (Inlet): Vận tốc dòng khí đồng nhất $V_\infty = 60\text{ m/s}$, thổi dọc theo trục $X$ từ đầu xe đến đuôi xe.
    • Mặt đầu ra (Outlet): Áp suất tĩnh bằng áp suất khí quyển môi trường ($P = P_{atm}$).
    • Bề mặt vỏ xe và mặt đáy: Điều kiện biên không trượt (vận tốc tương đối bằng $0\text{ m/s}$), vỏ xe được mô hình hóa ở dạng bề mặt trơn nhẵn, vật thể tuyệt đối cứng không biến dạng và bỏ qua quá trình trao đổi nhiệt.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

  • Lịch sử phát triển công nghiệp ô tô: Khái quát các mốc lịch sử từ chiếc xe động cơ xăng đầu tiên của Carl Benz (1885–1886), phương thức sản xuất dây chuyền hàng loạt của Henry Ford (1910) tại Mỹ, sự nổi lên của các thương hiệu Nhật Bản (từ mẫu xe Takkuri năm 1907) đến bức tranh thị trường toàn cầu năm 2019 chịu áp lực giảm tốc do căng thẳng thương mại và cắt giảm trợ cấp xe điện.
  • Thực trạng ngành ô tô tại Việt Nam: Phân tích dữ liệu tính đến hết năm 2018 với 358 doanh nghiệp liên quan (50 đơn vị lắp ráp, 45 đơn vị làm khung gầm/thân vỏ, 214 đơn vị linh kiện). Phân tích cơ cấu thị phần VAMA năm 2019 với sự cạnh tranh của 4 đơn vị lớn: THACO (chiếm 31,3% thị phần), Toyota Việt Nam, TC Motor và sự gia nhập của VinFast (công bố hơn 17.200 đơn hàng ô tô năm 2019). Tác giả chỉ rõ rào cản nội địa hóa khi các nhà máy chủ yếu nhập khẩu phụ tùng và thiếu năng lực R&D thân vỏ.
  • Tổng quan nghiên cứu khí động học: Đánh giá xu hướng chuyển đổi từ thử nghiệm hầm gió sang tính toán động lực học chất lưu số (CFD). Điểm qua các công trình tiêu biểu của Petkar (ANSYS Fluent trên xe đua), Manan Desai (2008), Levin (2012), Tô Hoàng Tùng (2016 - xe khách cỡ lớn), Lã Trung Sơn (2016 - đoàn xe container), Đặng Tiến Phúc (2018 - xe buýt), Nguyễn Anh Ngọc (2019 - xe điện HaUI-EV2).
  • Các giải pháp khí động học thực nghiệm: Tổng kết cơ chế của cánh lướt gió đuôi (rear wing/spoiler) trong việc triệt tiêu lực nâng và giảm dòng quẩn; cánh gầm trước/tấm chắn ngang hông (air dams, side skirts) và giải pháp bọc phẳng gầm nhằm hướng luồng khí sang hai bên, hạn chế ma sát đáy và giảm nhiễu loạn theo nguyên lý Bernoulli.

Chương 2: Xây dựng mô hình mô phỏng khí động lực học

  • Cơ sở toán học dòng chảy: Trình bày chi tiết toán tử vi phân (Gradient, Divergence, Laplace, đạo hàm toàn phần) và thiết lập dạng rút gọn của hệ phương trình Navier-Stokes cho môi chất không nén.
  • Lý thuyết mô hình hóa dòng rối: Phân tích bản chất của ứng suất Reynolds, so sánh chi tiết ưu nhược điểm của các hệ mô hình dòng rối (0 phương trình, 1 phương trình, $k-\varepsilon$, $k-\omega$ và mô hình 7 phương trình RSM).
  • Hệ thống công cụ SolidWorks: Giới thiệu cấu trúc chức năng CAD (mô hình hóa tham số 3D, Assembly, Drawing), CAE (tích hợp bộ giải Cosmos) và CAM (SolidCAM).
  • Mô đun SolidWorks Flow Simulation: Phân tích năng lực mô phỏng dòng chảy trong/ngoài, truyền nhiệt, dòng cận âm/siêu âm, cùng các mô đun chuyên dụng như HVAC và Electronics Cooling.
  • Phương pháp luận mô phỏng: Đưa ra tiêu chí lựa chọn mô hình 3D thay vì 2D để phản ánh chính xác tương tác không gian 3 chiều của dòng khí; xác định kích thước miền bao và nguyên lý chia lưới mịn thích ứng cục bộ.

Chương 3: Nghiên cứu khí động học vỏ ô tô bằng phần mềm SolidWorks Flow Simulation

  • Xây dựng hình học xe tham chiếu: Sử dụng các hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh của xe Suzuki Vitara để tạo khối 3D trên SolidWorks với các giả thiết hình học giản lược (bỏ qua cần gạt nước, gương chiếu hậu ngoài, làm phẳng gầm, không xét bán kính cong vi mô của kính).
  • Thiết lập và giải bài toán mô phỏng xe cơ sở: Đặt bài toán trong miền tính toán kích thước $20\text{ m} \times 5\text{ m} \times 6\text{ m}$, chia lưới Fine Mesh, chạy tính toán ở vận tốc $60\text{ m/s}$.
  • Phân tích trường khí động học:
    • Trường áp suất: Áp suất đạt cực đại tại điểm đình trệ ở mũi xe và mặt kính trước do dòng khí bị chặn đột ngột. Vùng đuôi xe xuất hiện trường áp suất âm (áp suất thấp) rõ rệt do hiện tượng tách dòng.
    • Trường vận tốc: Vận tốc dòng khí bằng $0\text{ m/s}$ tại điểm đình trệ đầu xe, tăng cao khi uốn quanh nắp ca-pô và nóc xe, sau đó suy giảm mạnh và hình thành các cấu trúc xoáy cuộn quẩn sau mặt phẳng đuôi xe.
  • Khảo sát tham số kết cấu:
    • Khảo sát góc nghiêng kính chắn gió phía trước $\alpha$ (thay đổi từ $30^\circ$ đến $45^\circ$) trong điều kiện cố định góc nghiêng kính sau $\beta = 45^\circ$.
    • Khảo sát góc nghiêng kính chắn gió phía sau $\beta$ (thay đổi từ $40^\circ$ đến $55^\circ$) trong điều kiện cố định góc nghiêng kính trước $\alpha = 30^\circ$.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán và phân tích khí động học

Khóa luận đã định lượng hóa và trực quan hóa các đặc tính khí động học chính của mô hình vỏ xe khảo sát thông qua công thức xác định lực cản chính diện: $$F_d = \frac{1}{2} \rho V^2 C_d A$$ Trong đó $F_d$ là lực cản chính diện (N), $\rho$ là khối lượng riêng không khí ($1,205\text{ kg/m}^3$), $V$ là vận tốc tương đối ($60\text{ m/s}$), $C_d$ là hệ số cản chính diện và $A$ là diện tích cản chính diện ($m^2$).

Thông số / Hạng mục Giá trị / Đặc tính ghi nhận trong mô phỏng
Mẫu xe tham chiếu Suzuki Vitara (khoảng sáng gầm $185\text{ mm}$)
Vận tốc khảo sát ($V_\infty$) $60\text{ m/s}$
Miền không gian tính toán $20\text{ m} \times 5\text{ m} \times 6\text{ m}$ ($L \times W \times H$)
Mô hình dòng rối sử dụng $k-\varepsilon$ tiêu chuẩn ($C_1 = 1,44; C_2 = 1,92$)
Vùng áp suất cao nhất Mũi cản trước và kính chắn gió trước (điểm đình trệ)
Vùng áp suất thấp nhất Vùng sau kính chắn gió sau và mặt phẳng đuôi xe
Dải khảo sát góc kính trước ($\alpha$) $30^\circ - 45^\circ$ (tại $\beta = 45^\circ$)
Dải khảo sát góc kính sau ($\beta$) $40^\circ - 55^\circ$ (tại $\alpha = 30^\circ$)

Giải pháp và kiến nghị cải tiến kết cấu

Dựa trên hình ảnh trường vận tốc và phân bố áp suất, tác giả đề xuất các định hướng kỹ thuật nhằm tối ưu hóa thân vỏ xe con:

  1. Tối ưu góc nghiêng kính trước ($\alpha$): Giảm góc dốc của kính chắn gió trước về khoảng $30^\circ$ giúp dòng khí trượt mượt mà lên mui xe, làm giảm diện tích tách dòng và hạ thấp áp suất chính diện tác động lên đầu xe.
  2. Tối ưu góc nghiêng kính sau ($\beta$): Điều chỉnh góc kính sau trong dải hợp lý ($40^\circ - 55^\circ$) kết hợp bo tròn các góc chuyển tiếp giữa nóc xe và thân bên nhằm làm trễ điểm tách dòng, thu hẹp thể tích vùng xoáy thấp áp phía sau đuôi xe (vùng sinh lực cản chênh áp $F_{ca}$ lớn nhất).
  3. Làm phẳng bề mặt gầm: Bọc kín các cụm chi tiết cơ khí dưới sàn xe (hộp số, trục dẫn động, ống xả) để luồng khí lưu thông trơn tru, hạn chế sự giảm tốc đột ngột của dòng khí đáy, từ đó giảm lực cản ma sát và lực nâng khí động.

Đóng góp của đề tài

  • Hệ thống hóa quy trình tích hợp giữa mô hình hóa CAD 3D và mô phỏng số CFD trên nền tảng phần mềm SolidWorks Flow Simulation cho bài toán khí động học ô tô con.
  • Chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng công cụ mô phỏng CFD trong việc khảo sát định lượng ảnh hưởng của các thông số hình học (góc nghiêng kính chắn gió) đến hệ số cản $C_d$, tạo cơ sở tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu cải tiến thân vỏ xe du lịch trong nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của khóa luận

  • Giản lược hình học mức độ cao: Mô hình 3D khảo sát đã lược bỏ nhiều chi tiết thực tế có ảnh hưởng lớn đến trường khí động như gương chiếu hậu, hốc bánh xe, kết cấu nan tản nhiệt đầu xe, cần gạt nước và bán kính cong vi mô của các bề mặt kính.
  • Giả thiết điều kiện biên lý tưởng: Bỏ qua sự trao đổi nhiệt giữa thân vỏ và môi trường; giả thiết bề mặt trơn nhẵn tuyệt đối và gầm xe bọc phẳng hoàn toàn; chưa xét đến chuyển động quay của bánh xe và chuyển động tương đối của mặt đường.
  • Ràng buộc về tài nguyên tính toán: Sử dụng mô hình dòng rối 2 phương trình ($k-\varepsilon$) với giả thiết dòng rối đẳng hướng, chưa thể áp dụng mô hình 7 phương trình RSM để mô tả chi tiết các tương tác dòng xoáy 3 chiều phức tạp do giới hạn phần cứng máy tính.
  • Thiếu thực nghiệm đối chứng: Kết quả nghiên cứu hoàn toàn dựa trên mô phỏng số, chưa có điều kiện kiểm chứng trực tiếp bằng mô hình thực nghiệm trong hầm gió (wind tunnel).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cao độ chi tiết của mô hình 3D: Bổ sung bán kính cong của kính chắn gió trước/sau, mô hình hóa khoang động cơ, dòng khí qua két làm mát, vòm bánh xe và gương chiếu hậu.
  • Mở rộng phạm vi khảo sát điều kiện vận hành: Mô phỏng ở nhiều dải vận tốc khác nhau, xét đến góc gió thổi lệch (crosswind) và tương tác quay của cụm bánh xe với mặt đường di động.
  • Kết hợp thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu: Tối ưu hóa đồng thời hệ số cản $C_d$ và hệ số lực nâng $C_l$ nhằm đảm bảo cả hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu lẫn độ bám đường khi chạy tốc độ cao.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu học tập có hệ thống về cơ sở toán học cơ học chất lưu, phương pháp chuyển đổi từ phương trình Navier-Stokes sang hệ phương trình RANS và nguyên lý vận hành của các mô hình dòng rối.
  • Kỹ sư thiết kế và cán bộ R&D tại các nhà máy ô tô: Tham khảo quy trình thiết lập bài toán khí động học ngoài trên phần mềm SolidWorks Flow Simulation, từ kỹ thuật dựng hình từ bản vẽ chiếu (Sketch Picture), xác định kích thước miền bao tính toán (domain sizing) đến kỹ thuật phân tích biểu đồ áp suất và đường dòng.
  • Nghiên cứu sinh thực hiện đề tài liên quan đến CFD: Tham khảo phương pháp luận xác định điều kiện biên không gây hiện tượng dòng chảy ngược (reverse flow) và cách khảo sát tham số hình học kết cấu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao khóa luận có thể áp dụng giả thiết chất khí không chịu nén cho bài toán khí động học ô tô?

Theo lý thuyết khí động học, khi vận tốc chuyển động của phương tiện trong không khí có số Mach $M < 0,3$ (tương đương vận tốc dưới $100\text{ m/s}$ hay $360\text{ km/h}$ trong điều kiện tiêu chuẩn), sự biến thiên khối lượng riêng của không khí là không đáng kể. Do vận tốc khảo sát của xe là $60\text{ m/s}$ ($M \approx 0,175 < 0,3$), bài toán hoàn toàn thỏa mãn điều kiện xem không khí là chất lưu không chịu nén ($\rho = \text{const}$), giúp đơn giản hóa hệ phương trình Navier-Stokes từ 3 phương trình xuống 2 phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng.

2. Căn cứ nào để tác giả lựa chọn mô hình dòng rối $k-\varepsilon$ 2 phương trình thay vì mô hình 0, 1 hoặc 7 phương trình?

Mô hình 0 phương trình và 1 phương trình quá đơn giản, không mô tả được dòng tách lớp và tương tác năng lượng trong vùng xoáy rộng phía sau vỏ xe. Ngược lại, mô hình ứng suất Reynolds (RSM) 7 phương trình tuy chính xác nhất nhưng đòi hỏi giải 7 phương trình vi phân bổ sung, vượt quá khả năng xử lý của cấu hình máy tính nghiên cứu. Mô hình 2 phương trình $k-\varepsilon$ tiêu chuẩn là giải pháp tối ưu, mô tả đầy đủ quá trình vận tải động năng rối $k$ và độ tán xạ $\varepsilon$, được ứng dụng phổ biến và có độ tin cậy cao trong ngành công nghiệp ô tô.

3. Quy tắc xác định kích thước tối thiểu của miền không gian mô phỏng (Computational Domain) trong đề tài là gì?

Miền tính toán hình hộp chữ nhật phải đủ lớn để biên ngoài không làm ảnh hưởng đến trường dòng chảy quanh xe và ngăn hiện tượng dòng chảy ngược tại mặt thoát:

  • Chiều rộng $\ge 10$ lần chiều rộng toàn bộ của xe.
  • Chiều cao $\ge 5$ lần chiều cao toàn bộ của xe.
  • Khoảng cách từ đầu xe đến mặt đầu vào (Inlet) $\ge 2$ lần chiều cao xe.
  • Khoảng cách từ đuôi xe đến mặt đầu ra (Outlet) $\ge 10$ lần chiều cao xe.

4. Mô hình hình học vỏ xe khảo sát trong khóa luận được xây dựng dựa trên mẫu xe nào và có kích thước đặc trưng gì?

Mô hình hình học 3D được xây dựng tham chiếu theo mẫu xe con du lịch Suzuki Vitara. Kích thước đặc trưng được đề cập trực tiếp trong văn bản là khoảng sáng gầm xe đạt $185\text{ mm}$. Thân vỏ được mô hình hóa giản lược bằng các công cụ CAD trên SolidWorks từ 3 hình chiếu kỹ thuật.

5. Yếu tố nào là nguyên nhân chính gây ra lực cản khí động học tác động lên ô tô di chuyển ở tốc độ cao?

Nguyên nhân chủ yếu là lực cản chênh áp ($F_{ca}$). Khi xe di chuyển, luồng khí đâm trực diện vào đầu xe tạo nên điểm đình trệ có áp suất rất cao, trong khi luồng khí đi qua mui và sườn xe bị tách lớp ở phần đuôi, hình thành vùng xoáy quẩn có áp suất thấp (áp suất âm). Sự chênh lệch áp suất lớn giữa mặt trước và mặt sau xe tạo thành thành phần lực cản chính diện $F_d$, khiến lực cản tăng theo bình phương vận tốc di chuyển.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Trung Anh đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán mô phỏng và đánh giá đặc tính khí động học ngoài của thân vỏ ô tô con thông qua việc ứng dụng công cụ SolidWorks Flow Simulation. Bằng việc kết hợp hệ phương trình Navier-Stokes trung bình hóa (RANS) với mô hình dòng rối $k-\varepsilon$, đề tài đã làm sáng tỏ cơ chế phân bố áp suất, vận tốc và đường dòng bao quanh phương tiện ở vận tốc $60\text{ m/s}$. Các kết quả khảo sát tham số góc nghiêng kính chắn gió trước và sau cung cấp cơ sở kỹ thuật định lượng quan trọng cho việc định hình giải pháp giảm lực cản $C_d$, góp phần nâng cao hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và ổn định chuyển động của xe du lịch.