Mô phỏng số chân vịt tàu thủy theo phương pháp đa vùng tham chiếu sử dụng openfoam

Trong bài toán này bỏ qua các yếu tố ảnh hưởng của hiện tượng sủi bọt khi đặt chân vịt trong điều kiện hoạt động ổn định. Các kết quả thu được có độ tin cậy phù hợp với các kết quả dựa trên chuẩn thiết kế của chân vịt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng số chân vịt tàu thủy theo phương pháp đa vùng tham chiếu sử dụng openfoam 56 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 20, Aug 2016 MÔ PHỎNG SỐ CHÂN VỊT TÀU THỦY THEO PHƯƠNG PHÁP ĐA VÙNG THAM CHIẾU SỬ DỤNG OPENFOAM COMPUTATIONAL APPROACH FOR A MARINE PROPELLER BASED ON MULTI REFERENCE FRAME USING OPENFOAM Phan Quốc Thiện, Bùi Khắc Huy, Lê Tất Hiển, Ngô Khánh Hiếu Bộ môn Kỹ thuật Hàng không, Kỹ thuật Tàu thủy, Trường Đại học Bách khoa Tóm tắt: Hoạt động của chân vịt tàu thủy dựa trên chuyển động quay quanh trục và lực tạo ra nhờ tương tác giữa các lá cánh với dòng nước xung quanh. Bằng phương pháp mô phỏng số sử dụng OpenFOAM, trong bài báo này chúng tôi sẽ nghiên cứu các đặc tính của chân vịt trong quá trình hoạt động ổn định của tàu. Theo đó chuyển động quay của chân vịt sẽ được mô hình hóa bằng phương pháp đa vùng tham chiều (Multi - Referent Frame) trong bài toán tĩnh và mô hình rối hai phương trình k - epsilon sẽ được áp dụng để mô hình hóa chuyển động của lưu chất trong điều kiện rối. Trong bài toán này chúng tôi bỏ qua các yếu tố ảnh hưởng của hiện tượng sủi bọt khi đặt chân vịt trong điều kiện hoạt động ổn định. Các kết quả thu được có độ tin cậy phù hợp với các kết quả dựa trên chuẩn thiết kế của chân vịt. Từ khóa: Mô phỏng số, đặc tính thủy động của chân vịt, lưới cho chân vịt. Abstract: It should be known that interaction between marine propeller and the surrounding water creates the propulsive force. By using computational fluid dynamisc based on OpenFOAM (open source software), this research will focus on the characteristics of a marine propeller. In order to conduct the result, the movement of the propeler is described using Multi - Referent Frame method along with k - epsilon turbulent model in several steady state cases. In these cases, the propeller is considered under various operating condition so that the cavitation is ignored. The obtained results are accurate in comparision of theorical and experimental results. Keywords: Numerical simulation, hydrodynamic properties of ship propeller, mesh generation. 1. Giới thiệu nước về phía sau tạo ra phản lực đưa chân vịt Theo thống kê của Tổng cục Đường chuyển động về phía trước [1]. Chuyển động Thủy Việt Nam, có khoảng 20% lượng hàng của nước là chuyển động của lưu chất thông hóa lưu thông nội địa do vận tải đường thủy thường và được mô tả bằng các phương trình đảm nhận. Song hành với sự phát triển của bảo toàn trong trong hệ phương trình Navier giao thông đường thủy là yêu cầu ngày một - Stokes. Trong khi đó chuyển động của chân cao về giảm thiểu chi phí hoạt động nâng cao vịt có thể được mô tả bằng nhiều phương hiệu suất của tàu thuyền. Điều này dẫn đến pháp như phương pháp đa vùng tham chiếu việc tối ưu cho quá trình hoạt động của (Multi - referent frame), phương pháp đơn phương tiện là một điều cần thiết. Một trong vùng tham chiều (Single referent frame) hay các yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt động phương pháp sử dụng lưới động (Moving của tàu thuyền là chân vịt. Do đó việc nghiên dynamic mesh) với các bề mặt lưới trượt lên cứu đặc tính của một chân vịt trong thực tế là nhau và với các biên lưới trao đổi dữ liệu với một yêu cầu cấp thiết. nhau. Trong nghiên cứu này chúng tôi chọn phương pháp đa vùng tham chiếu để mô Tương tự như với các cách thức về mô phỏng đặc tính của chân vịt nhằm đưa ra kết phỏng cho chong chóng khí của thiết bị bay, quả nhanh chóng. việc mô phỏng chân vịt tàu thủy dựa trên bài toán tương tác vật lý giữa bề mặt rắn quay Có nhiều mô hình rối dạng trung bình xung quanh một trục và dòng lưu chất bao Reynolds được sử dụng trong bài toán mô quanh nó. Bề mặt của chân vịt ở đây được phỏng chân vịt tàu thủy. Do đặc trưng giả định là cứng tuyệt đối. Không có bất cứ chuyển động phức tạp với độ xoáy lớn nên biến dạng uốn hoặc nén hay biến dạng cục bộ các mô hình rối sử dụng phương trình như k - trên bề mặt. Chân vịt được quay quanh trục epsilon hay k - omega được sử dụng nhiều. của nó sẽ gia tốc dòng nước và đẩy dòng Các nghiên cứu của Chang [2], Sanchez - Caja [3] sử dụng mô hình k - epsilon, còn  57 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 20 - 08/2016 Guilmineau [4] sử dụng mô hình rối k - lượng và một là phương trình động lượng omega SST (một biến thể của mô hình rối k - trong hệ phương trình Navier-Stokes: omega) cho các nghiên cứu liên quan và cho .UI  0 (1) kết quả phù hợp. Bensow [5] sử dụng mô hình “Large Eddy Scale” để nghiên cứu dòng   p . U R  U I    U I      U I  (2) trong trường hợp tương tự nhưng kết quả có độ chính xác thấp. Nghiên này của chúng tôi Trong đó các giá trị vận tốc ở các vùng sử dụng mô hình rối cơ bản k - epsilon kết tham chiếu khác nhau ứng với hệ trục tọa độ hợp với mô hình tường (wall model) để đánh khác nhau. giá tương tác tại lớp biên. UR  UI   r (3) Hiện tượng sủi bọt trên bề mặt của chân ...