I. Giới thiệu về ứng dụng CFD trong tối ưu hóa hình dạng mũi tàu quả lê
CFD (Computational Fluid Dynamics) là phương pháp tính toán hiện đại được sử dụng rộng rãi trong thiết kế tàu và thủy động lực học. Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc tối ưu hóa hình dạng mũi tàu quả lê nhằm giảm sức cản và cải thiện hiệu suất tàu. Mũi tàu quả lê là một giải pháp kỹ thuật quan trọng giúp giảm sức cản sóng, tăng tốc độ và tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, việc thiết kế và dự đoán hiệu quả của mũi tàu quả lê vẫn còn nhiều thách thức do sự tương tác phức tạp giữa sóng thân tàu và sóng mũi tàu.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận án là tối ưu hóa hình dạng mũi tàu quả lê bằng cách sử dụng mô phỏng CFD để đạt được sự giảm sức cản tối đa. Nghiên cứu này nhằm thiết kế mũi tàu quả lê cho các tàu cá chưa có sẵn dạng mũi này, đồng thời ứng dụng phân tích CFD để xác định hình dạng tối ưu. Kết quả mong đợi là giảm sức cản tổng của tàu lên đến 14%, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật đáng kể.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng phương pháp CFD để mô phỏng và phân tích sức cản của tàu. Các mô hình 3D của tàu được xây dựng và tính toán với các thông số đầu vào chính xác, bao gồm kích thước miền tính toán và hệ số mô hình rối. Ngoài ra, nghiên cứu còn bổ sung và hoàn thiện phương pháp thiết kế mũi tàu quả lê bằng đồ thị Kracht, giúp tối ưu hóa hình dạng mũi tàu một cách hiệu quả.
II. Phân tích và ứng dụng CFD trong tính toán sức cản tàu
CFD đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán sức cản tàu, đặc biệt là đối với các tàu có mũi tàu quả lê. Luận án đã ứng dụng mô phỏng CFD để tính toán sức cản của các tàu FAO 72 và FAO 75 với độ chính xác cao. Các thông số đầu vào như mô hình tàu 3D, kích thước miền tính toán và hệ số mô hình rối được đảm bảo để đạt kết quả chính xác.
2.1. Xây dựng mô hình 3D và tính toán sức cản
Các mô hình 3D của tàu được xây dựng bằng phần mềm AutoShip, sau đó được sử dụng để tính toán sức cản sơ bộ. Các thông số mô phỏng như kích thước miền tính toán và điều kiện biên được xác định phù hợp với từng mẫu tàu. Kết quả tính toán cho thấy sự giảm sức cản đáng kể khi áp dụng mũi tàu quả lê tối ưu.
2.2. Phân tích kết quả tính toán
Kết quả tính toán sức cản được phân tích và so sánh với các thử nghiệm mô hình thực tế. Sự sai lệch giữa kết quả tính toán và thử nghiệm được đánh giá để đảm bảo độ chính xác của mô phỏng CFD. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa hình dạng mũi tàu quả lê có thể giảm sức cản tổng của tàu lên đến 14%, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật đáng kể.
III. Tối ưu hóa thiết kế mũi tàu quả lê
Luận án tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế mũi tàu quả lê bằng cách sử dụng phương pháp CFD và các đồ thị Kracht. Nghiên cứu đã xây dựng mô hình toán học và phương pháp tối ưu hóa để đạt được hình dạng mũi tàu quả lê tối ưu, phù hợp với các chế độ làm việc của tàu cá.
3.1. Thiết kế mũi tàu quả lê bằng đồ thị Kracht
Phương pháp thiết kế mũi tàu quả lê bằng đồ thị Kracht được bổ sung và hoàn thiện trong nghiên cứu này. Các đường cong nội suy và ngoại suy được xây dựng để tính toán hình dạng mũi tàu quả lê cho tàu FAO 75, vượt ra ngoài phạm vi áp dụng truyền thống của đồ thị Kracht. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc giảm sức cản tổng của tàu.
3.2. Mô hình và phương pháp tối ưu hóa
Nghiên cứu đã xây dựng mô hình toán học và phương pháp tối ưu hóa mũi tàu quả lê với hàm đa mục tiêu về độ giảm công suất. Các giới hạn và ràng buộc thay đổi kích thước mũi tàu được xác định để xây dựng ma trận phương án tính toán phù hợp. Kết quả tối ưu hóa cho thấy sự giảm sức cản tổng của tàu lên đến 14%, đạt được hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.
