Xác định hệ số cản lắc ngang của tàu bằng phương pháp kết hợp CFD và mô hình hộp xám

Bài viết này nghiên cứu dao động lắc ngang tự do của tàu DTMB5512 trên nước tĩnh được mô phỏng bằng phương pháp số (CFD) sử dụng phần mềm thương mại Star-CCM+ kết hợp phương pháp mô hình hộp xám để xác định hệ số cản lắc ngang của tàu. Ảnh hưởng của kích thước lưới, độ lớn góc lắc ban đầu, vận tốc tàu và vây giảm lắc được nghiên cứu và phân tích. Kết quả tính toán hệ số cản lắc ngang được so sánh với phương pháp năng lượng Froude.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định hệ số cản lắc ngang của tàu bằng phương pháp kết hợp CFD và mô hình hộp xám HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CẢN LẮC NGANG CỦA TÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP CFD VÀ MÔ HÌNH HỘP XÁM A HYBRID PREDICTION METHOD FOR SHIP ROLL DAMPING USING CFD AND GREY-BOX MODELING LÊ THANH BÌNH*, NGUYỄN THỊ HÀ PHƯƠNG Khoa Đóng tàu, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: binhlth@vimaru.edu.vn Tóm tắt results indicate that the proposed hybrid method Tính toán dao động lắc ngang của tàu có ý nghĩa is a good solution, cost and time saving with a quan trọng trong việc đảm bảo an toàn, tính chống high level of accuracy. lật của tàu trong khai thác và cần được đặc biệt Keywords: CFD simulation, overset mesh, roll quan tâm trong giai đoạn thiết kế. Lý thuyết thế motion, roll damping coefficient, grey-box được áp dụng rộng rãi trong xác định hệ số cản modeling, Froude energy method. lắc ngang có độ chính xác không cao và cần được chính xác hóa bằng thực nghiệm. Trong nghiên 1. Tổng quan cứu này, dao động lắc ngang tự do của tàu Dao động lắc ngang gắn liền với mức an toàn DTMB5512 trên nước tĩnh được mô phỏng bằng chống lật của tàu. Tầm quan trọng của nó được khẳng phương pháp số (CFD) sử dụng phần mềm thương định thông qua quy định của các tổ chức đăng kiểm mại Star-CCM+ kết hợp phương pháp mô hình trong kiểm tra ổn định ngang của tàu [1], [2], [3], cũng hộp xám để xác định hệ số cản lắc ngang của tàu. như nhiều nghiên cứu từ giữa thế kỷ 19 cho đến nay Ảnh hưởng của kích thước lưới, độ lớn góc lắc ban [4], [5], [6] và vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu. đầu, vận tốc tàu và vây giảm lắc được nghiên cứu Ngoài ra, lắc ngang còn ảnh hưởng xấu đến điều kiện và phân tích. Kết quả tính toán hệ số cản lắc làm việc của các trang thiết bị, an toàn hàng hóa trên ngang được so sánh với phương pháp năng lượng tàu và mức độ tiện nghi đối với thuyền viên, hành khách trên tàu. Froude,... Kết quả cho thấy phương pháp được đề xuất là một giải pháp tốt, tiết kiệm thời gian và chi Cho đến nay, các nghiên cứu đã đề cập đến gần phí mà vẫn đảm bảo độ tin cậy. như đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của việc xác định hệ số lực cản lắc Từ khóa: Mô phỏng số CFD, lưới chồng, chuyển ngang. Tiền đề là Froude [7] với đề xuất mô hình động lắc ngang, hệ số cản lắc ngang, mô hình hộp tuyến tính, phi tuyến bậc hai và đến nay là mô hình xám, phương pháp năng lượng Froude. phi tuyến bậc ba đã được áp dụng rộng rãi [8]. Tổng Abstract quát, lực cản lắc ngang được biểu diễn như sau: Ship roll motion prediction plays an important = ̇+ ̇ ̇ + ̇ (1) role in ensuring the safety, anti-capsize of the ship in operation and needs special attention during ̇ , Trong đó: - Là các hệ số lực cản lắc the design phase. The potential theory, which is ngang, ̇ - Vận tốc lắc ngang của tàu. widely applied in determining the roll damping Mô hình phi tuyến bậc hai có nhược điểm là gây coefficient, has low accuracy and needs to be khó cho việc biến đổi biểu thức khi giải bài toán liên determined by model test. In this paper, free-roll quan, độ chính xác trong bài toán xấp xỉ kém [9] motion in calm water is simulated numerically nhưng đạt được sự phù hợp tốt hơn với kết quả thử mô using commercial software Star-CCM+ together hình đối với trường hợp tàu có vây giảm lắc [10]. with the application of the grey-box modeling Ảnh hưởng của vận tốc đến lực cản lắc ngang được method for the direct calculation of roll damping Ikeda và các đồng nghiệp nghiên cứu và đề xuất coefficient. The effect of mesh size, initial roll phương pháp tính toán [11]. Ảnh hưởng của vận tốc angle, forward speed, and bilge keels are studied đến lực cản lắc ngang xuất hiện mạnh ở một dải vận and analyzed; roll damping coefficient are tốc tương đối nhỏ và giảm dần khi vận tốc của tàu đạt compared with Froude energy,… The obtained đến một giá trị nào đó và không đổi [12]. Các phương pháp xác định hệ số lực cản lắc ngang SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 73 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 của tàu như: lý thuyết, thực nghiệm và thử mô hình. của tàu đối với trục Ox (kg.m2); - Mô-men quán Các phương pháp như: Lý thuyết thế 2D, lý thuyết tính khối lượng nước kèm lắc ngang (kg.m2); ̇ Ursell, biến hình bảo giác,… cho phép xác định nhanh - Hệ số lực cản lắc ngang của tàu, hàm phụ thuộc vào và kết quả tính toán trơn đều nhưng không thể hiện tốt tốc độ lắc ngang (N.m.s); ( ) - Mô-men hồi phục trường hợp thân tàu có góc nhọn, các mặt cắt ngang của tàu, hàm phụ thuộc góc nghiêng ngang (N.m). tàu có hệ số béo diện tích nhỏ. Lý thuyết thế và Sử dụng công thức (1), hệ số lực cản được biểu phương pháp tấm 3D [13], [14] có ...