Tính toán sức cản tàu container bằng phương pháp mô phỏng số

Trong nghiên cứu này, tập trung mô phỏng trường dòng chảy của nước bao xung quanh vỏ tàu container sức chở 14,000 TEU theo cách tiếp cận RANSE (Reynolds-Averaged NavierStokes equation). Trên cơ sở đó tính toán lực thủy động tác dụng lên thân tàu khi tàu chuyển động đều trong nước tĩnh; so sánh kết quả tính toán mô phỏng CFD với kết quả thử nghiệm trong bể thử đã được công bố. Dòng chảy được xem chảy rối, được mô tả bởi phương trình RANS (ReynoldsAveraged NavierStokes), mô hình rối SST k-.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán sức cản tàu container bằng phương pháp mô phỏng số39 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 TÍNH TOÁN SỨC CẢN TÀU CONTAINER BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ CALCULATION OF THE RESISTANCE CONTAINER SHIP BY USING NUMERICAL METHOD Lê Văn Toàn1, Vũ Ngọc Bích2 1, 2 Đại học Giao thông vận tải Tp. HCM Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung mô phỏng trường dòng chảy của nước baoxung quanh vỏ tàu container sức chở 14,000 TEU theo cách tiếp cận RANSE (Reynolds-AveragedNavierStokes equation). Trên cơ sở đó tính toán lực thủy động tác dụng lên thân tàu khi tàu chuyểnđộng đều trong nước tĩnh; so sánh kết quả tính toán mô phỏng CFD với kết quả thử nghiệm trong bểthử đã được công bố. Dòng chảy được xem chảy rối, được mô tả bởi phương trình RANS (Reynolds-Averaged NavierStokes), mô hình rối SST k-. Từ khóa: Sức cản tàu thủy; động lực học chất lỏng (CFD); động lực học tàu container. Abstract: In this research, we focused on simulating the flow of water around 14,000-TEUcontainer ship hull in according to RANSE approach (Reynolds-Averaged NavierStokes equation). Onthat basis, we calculated the hydrodynamic forces exerting on the hull when making uniform motion instill water; then compared between the CFD simulation calculation results with the experimental resultsin the testing reservoir have been announced. The flow is considered turbulent, and described by theequation RANS (Reynolds-Averaged NavierStokes), SST turbulence model k-. Keywords: Ship resistance; computational fluid dynamics (CFD); Container ship hydrodynamic. 1. Giới thiệu triển mạnh của công nghệ máy tính, các Hiện nay, vận tải đường biển đóng vai trò phương pháp tính phức tạp và tiêu tốn nhiềuquan trọng trong lưu thông hàng hóa toàn cầu, tài nguyên không còn là trở ngại, phần độ nhớttrong đó loại tàu chở container chiếm phần của nước trong phương trình Navier - Stokesđông vì xu thế thời đại hàng hóa được chứa không được bỏ qua trong tính toán này nhằmtrong các thùng tiêu chuẩn (container) nhằm tăng độ chính xác của kết quả tính. Vì lý dotăng năng suất làm hàng cũng như khả năng đó, trong công trình nghiên cứu này, chúng tôibảo quản và kiểm soát của dịch vụ logistics. chọn cách tiếp cận theo RANS để diễn giảiDo vậy tính tối ưu về kinh kế đóng vai trò thiết phương trình Navier-Stokes cho dòng chấtyếu trong bài toán thiết kế tàu và thường lấy lỏng (nước) chuyển động bao quanh thân tàu,công suất máy làm giá trị hàm tối ưu, sức cản kết hợp mô hình rối SST k-.làm ràng buộc chính. Điều đó nói lên rằng vấn Chọn OpenFOAM làm công cụ tính toánđề sức cản tàu luôn là vấn đề thời sự, giữ vai mô phỏng, đây là những gói mã nguồn mở đãtrò cốt lõi trong hàm mục tiêu của bài toán được chấp nhận rộng rãi bởi cộng đồng CFD,thiết kế tàu. Giải quyết vấn đề sức cản nêu trên cả trong giới học thuật và trong công nghiệp.bằng tính toán mô phỏng số thường tiếp cận Tàu mẫu dùng trong nghiên cứu này là loại tàuthông qua lời giải của phương trình chuyển container sức chở 14,000 TEU được thiết kế,động dòng chất lỏng không nén được bao thử nghiệm bởi Viện Kỹ thuật tàu thủy vàxung quanh thân tàu, phương trình Navier - Giao thông hàng hải ISMT (the Institute ofStokes. Theo cách làm truyền thống, người ta Ship Technology, Ocean Engineering andgiả định rằng chất lỏng không có tính nhớt, Transport Systems, ISMT). Thông số và vậnliên tục, không nén được và đồng chất nhằm tốc chuyển động tàu mô hình trong nghiên cứuđơn giản hóa phương trình Navier - Stokes về này nhận giá trị trùng với giá trị đã thử nghiệmdạng hàm thế vận tốc viết bởi phương trình mô hình được công bố [5] để thuận lợi trongLaplace. Cách làm này chỉ hợp lý với thời việc so sánh kết quả nghiên cứu.điểm những năm 2000; ngày nay, với sự phát 40 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 Bảng 1. Thông số tàu. 2. Cơ sở lý thuyết k   u i k    νt  k  Trường dòng lưu chất chuyển động quanh + =  ν +   t x i x i  σk  x i  (3)thân tàu được mô tả bởi hai phương trình chủđạo: Phương trình liên tục và phương trình ...