Xây dựng đường đặc tính chân vịt bằng phương pháp số

Mục tiêu chính của bài viết này là sử dụng phương pháp số(CFD) trong việc phân tích và xây dựng đường đặc tính của chân vịt tàu thuỷ. Chân được sử dụng trong nghiên cứu có các thông số cơ bản như sau: Đường kính 3,65 m; Số vòng quay của chân vịt 200 vòng/ phút; bước trung bình của chân vịt 2,459m, tỷ số bầu 0,1730 .
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng đường đặc tính chân vịt bằng phương pháp số CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ Ths. Nguyễn Chí Công Ths. Phạm Ngọc Ánh Bộ môn Kỹ thuật cơ khí, Viện cơ khí Tóm tắt: Mục tiêu chính của bài báo này là sử dụng phương pháp số(CFD) trong việc phân tích và xây dựng đường đặc tính của chân vịt tàu thuỷ. Chân được sử dụng trong nghiên cứu có các thông số cơ bản như sau: Đường kính 3,65 m; số vòng quay của chân vịt 200 vòng/ phút; bước trung bình của chân vịt 2,459m, tỷ số bầu 0,1730 . Bước đầu tiên trong quá trình nghiên cứu là chia lưới và làm mịn lưới trên miền không gian được khảo sát. Bước hai đặt các điều kiện biên cho mô hình khảo sát, chọn mô hình thuật giải phù hợp với bài toán nghiên cứu. Bước cuối cùng là phân tích các kết quả tính toán mô phỏng và xây dựng đường đặc tính của chân vịt. Abstract: The main objective of the paper is to use the computational fluid dynamics (CFD) technique in analyzing and build the characteristic curves of marine propeller. The propeller analyzed is at the following design condition: The diameter of 3,65 m; speed of 200 rpm; average pitch of 2,459 m, boss ratio of 0,1730. The first stage involves the mesh generation and refinement on domain of the designed propeller. The second stage deals with the identification of initial and boundary conditions of the mesh-equipped module. In the final stage, various results are calculated and build the characteristic curves of marine propeller. Keywords: CFD, marine propeller.1. Giới thiệuNgày nay CFD đóng một vai trò quan trọng trong việc giải các bài toán cơ học chất lỏng. Với sựtiến bộ của phương pháp số và khả năng xử lý tính toán của máy tính, thiết kế cánh bánh công táccho máy cánh dẫn nói chung và chân vịt tàu thuỷ nói riêng hiện nay được phân tích, tính toánthông qua giải gần đúng phương trình Navier Stokes bằng phương pháp số CFD từ đó dự đoán,nâng cao hiệu suất của cánh bánh công tác của máy thuỷ lực nói chung và chân vịt nói riêng. Năm2003 nhóm tác giả Takayuki WATANABE, Takafumi KAWAMURA, Yoshihisa TAKEKOSHI,Masatsugu MAEDA, Shin Hyung RHEE thuộc trường đại học Tokyo nhật bản đã sử dụng phươngpháp số để nghiên cứu sự bất ổn định của xâm thực trên chân vịt tàu thuỷ [1]. Năm 2008 nhóm tácgiả J. Bosschers, G. Vaz, A.R. Starke, E. van Wijngaarden thuộc viện nghiên cứu MaritimeResearch Institute của Ba Lan đã sử dụng mô hình RAN để nghiên cứu xâm thực trên chân vịt vàsự tương tác giữa vỏ tàu và chân vịt [2]. Năm 2012 nhóm tác giả Kinnas, Spyros A.Tian, YeSharma, Abhinav cũng sử dụng phương pháp số để nghiên cứu hoạt động của chân vịt dưới điềukiện thời tiết khắc nghiệt có sóng lớn, tải trọng tác động nặng [3]. Trong bài báo này, nhóm tác giảsử dụng phương pháp số để tính toán, mô phỏng, xây dựng đường đặc tính của chân vịt tàu thuỷứng với các vận tốc tiến khác nhau của tàu thiết kế từ đó có biện pháp cải tiến và nâng cao hiệusuất của chân vịt.2. Cơ sở lý luận2.1. Các thông số cơ bản trong tính toán mô phỏng chân vịtTrong tính toán, mô phỏng chân vịt các thông số cơ bản đặc trưng cho hoạt động của chân vịt lầnlượt là: Hệ số lực đẩy, hệ số mômen, hệ số tiến, hiệu suất chân vịt được tính như sau [4], [5]:Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 48 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 STT Tên Công thức 1 Hệ số lực đẩy T [1] KT   n2 D 4 2 Hệ số mô men Q [2] KT   n 2 D5 3 Hệ số tiến Va [3] J nD 4 Hiệu suất chân vịt KT . J [4] 0  KQ .2Trong đóT - Lực đẩy, Q - Mômen, D - Đường kính chân vịt, Va - Vận tốc tiến thực của tàu, n - Vận tốc góccủa chân vịt, - khối lượng riêng của nước.2.2. Các phương trình cơ bảnTrong nghiên cứu này nhóm tác giả sử dụng phần mềm thương mại Ansys fluent 14.0 tính toán vàxây dựng đường đặc tính của chân vịt. Cơ sở toán học của phần mềm Fluent là phương trìn ...