Ảnh hưởng xâm thực cánh tàu cánh ngầm đến đặc tính lực cản - lực nâng

Trong một số chế độ khai thác của tàu cánh ngầm, cánh tàu cánh ngầm có thể xuất hiện xâm thực trên bề mặt cánh, hiện tượng xâm thực này gây ra nhiều ảnh hưởng tới đặc tính khai thác của tàu. Một trong số những ảnh hưởng là gây ra sự thay đổi tới đặc tính thủy động lực học như là thay đổi tới đặc tính lực cản, lực nâng đối với thiết bị cánh của tàu cánh ngầm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng xâm thực cánh tàu cánh ngầm đến đặc tính lực cản - lực nângCHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019ẢNH HƯỞNG XÂM THỰC CÁNH TÀU CÁNH NGẦM ĐẾN ĐẶC TÍNHLỰC CẢN - LỰC NÂNGTHE EFFECTS OF CAVITATION AROUND HYDROFOIL ON DRAGAND LIFT FORCEPHẠM VĂN DUYỀNViện Cơ khí, Trường Đại học Hàng hải Việt NamEmail liên hệ: duyenpv.vck@vimaru.edu.vnTóm tắtTrong một số chế độ khai thác của tàu cánh ngầm, cánh tàu cánh ngầm có thể xuất hiệnxâm thực trên bề mặt cánh, hiện tượng xâm thực này gây ra nhiều ảnh hưởng tới đặc tínhkhai thác của tàu. Một trong số những ảnh hưởng là gây ra sự thay đổi tới đặc tính thủy độnglực học như là thay đổi tới đặc tính lực cản, lực nâng đối với thiết bị cánh của tàu cánh ngầm.Để chỉ ra ảnh hưởng này thiết bị cánh mũi tàu cánh ngầm được nghiên cứu và tiến hành tínhtoán bằng phương pháp số. Mô hình xâm thực Rayleigh Plesset được sử dụng trong quátrình tính toán dòng xâm thực qua profin cánh dạng 3D với góc nâng thay đổi tương ứng vớisự thay đổi của số xâm thực. Sự phát triển kích thước vết xâm thực phụ thuộc vào sự thayđổi các thông số liên quan đến số xâm thực  và thông số độ sâu hoạt động của thiết bị. Kếtquả làm thay đổi hệ số lực cản CD và hệ số lực nâng CL khi hiện tượng xâm thực xảy ra.Từ khóa: Xâm thực cánh tàu cánh ngầm, xâm thực, tàu cánh ngầm.AbstractIn some working conditions, cavitation can appear on hydrofoil and make some effects. Oneeffect of cavitation is making changing of fluid dynamic characteristics such as drag force orlift force. In order to predict the effect of cavitation on hydrofoil characteristics, hydrofoil wasstudied numerically. Rayleigh Plesset cavitation model was used to calculate the cavitatingflow around 3D hydrofoil with changing angle of attract and number cavitation. Thedevelopment of cavitation depends on the changing of number cavitation and depth.Resulting in the changing of drag coefficiency and lift coefficiency.Keywords: Cavitation, hydrofoil, CFD.1. Giới thiệuKhi hiện tượng xâm thực xuất hiện trên các thiết bị hàng hải như bánh lái tàu thủy, thiết bịcánh của tàu cánh ngầm, chân vịt tàu thủy. Nó làm thay đổi các đặc tính thủy động lực học của thiếtbị như làm ảnh tới lực bẻ lái đối với thiết bị bánh lái tàu thủy [5] hay làm thay đổi đặc tính lực nâng,lực cản tới thiết bị cánh tàu cánh ngầm [1]. Đối với thiết bị chân vịt tàu thủy hiện tượng xâm thựclàm giảm lực đẩy [6]. Kết quả gây ra tổn thất hiệu suất làm việc của thiết bị.Tàu cánh ngầm là một loại tàu có thiết kế đặc biệt với cánh được đặt phía dưới thân tàu. Khitàu tăng tốc, các cánh ngầm có hình dạng khí động học đặc biệt tạo ra lực nâng để nâng thân tàulên khỏi mặt nước. Từ đó giảm đáng kể lực cản tác dụng lên thân tàu, làm gia tăng tốc độ của tàu.Tuy nhiên, khi vận hành ở đường nước khai thác (ĐNKT), cánh tàu cánh ngầm ở vị trí gần mặtthoáng do đó hiện tượng xâm thực dễ dàng xảy ra và có ảnh hưởng trực tiếp tới đặc tính thủy độnghọc tác dụng lên cánh cũng như đặc tính khai thác của loại tàu này.Hình 1. Bố trí chung tàu cánh ngầm và kích thước cánhĐã có nhiều công trình nghiên cứu được thực hiện để chỉ ra ảnh hưởng của xâm thực tới cácthiết bị cánh tàu cánh ngầm. Khi hiện tượng xâm thực xảy ra, hệ số lực nâng và hệ số lực cản tăngcùng với việc tăng kích thước của vết xâm thực cho tới khi đạt tới kích thước lớn nhất của vết xâmthực, tuy nhiên các hệ số này cũng giảm nhanh chóng khi các bọt khí xâm thực tan vỡ. Nhóm tácgiả J Yang đã đưa ra được ảnh hưởng của xâm đến sự thay đổi đặc tính lực nâng và lực cản khiTạp chí khoa học Công nghệ Hàng hảiSố 57 - 01/201963CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019xâm thực hình thành trên cánh [1]. Mohammad shakil Ahmmed cùng với nhóm nghiên cứu đã tiếnhành đánh giá ảnh hưởng của xâm thực tới cánh có biên dạng NACA0012 [2], khi xâm thực xảy raở các góc nâng với gia trị vận tốc khác nhau thì hệ số lực cản và hệ số lực nâng thay đổi, từ đó làmảnh hưởng tới hiệu suất khai thác.Từ những nghiên cứu trên về ảnh hưởng của xâm thực tới thiết bị dạng cánh, bài viết này tậptrung nghiên cứu ảnh hưởng của dòng xâm thực gần mặt thoáng đối với thiết bị cánh mũi tàu cánhngầm dạng 3D bằng phương pháp số để chỉ ra ảnh hưởng của dòng xâm thực làm thay đổi hệ sốlực cản CD và hệ số lực nâng CL với góc nghiêng của cánh là  = 8o và  = 10o cùng với sự thay đổisố xâm thực .2. Cơ sở lý thuyết và mô hình xâm thựcCơ sở lý thuyết về lớp biên và sự tách thành lớp biên với vật thể dạng profile cánh [4]Mô hình xâm thực hai pha gồm pha nước (water phase) và pha hơi (vapour phase) được sửdụng trong quá trình tính toán với nhiệt độ là 25oC.Phương trình liên tục và phương trình động lượng cho dòng nhiều pha:    u j 0tx j   ui     ui u j p ptx jx i x i(1) u u j 2 ui   ij     l   i xx3xij j(2), u, p là khối lượng riêng chất lỏng, vận tốc và áp suất; và l là hệ số nhớt động học và hệ số nhớt rối.Phương trình chuyển ph ...