THÔNG TIN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Tên luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng động lực học dòng chảy bao đến lực cản tàu thủy trong quá trình thay đổi hướng chuyển động”.
Chuyên ngành: Khoa học hàng hải.
Mã số: 9840106.
Nghiên cứu sinh: Nguyễn Thành Nhật Lai
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Phạm Kỳ Quang
2. TS. Vũ Văn Duy
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh.
1. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu ảnh hưởng động lực học dòng chảy bao đến lực cản tàu thủy hay “lực gia thêm”, trong quá trình thay đổi hướng chuyển động.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu.
Động lực học dòng chảy bao tàu thủy và tác động của động lực học dòng chảy bao đến lực cản, khi thay đổi hướng chuyển động.
Phạm vi nghiên cứu:
– Xây dựng mô hình bài toán động lực học dòng chảy bao quanh tàu thủy, từ đó tính toán mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của chúng tới lực cản hay “lực gia thêm”, khi thay đổi hướng chuyển động được thể hiện bằng 3 giá trị cơ bản: Lực cản gia thêm, lực ly tâm và mô men gia thêm. Tuy nhiên, luận án sẽ tập trung nghiên cứu thực nghiệm về giá trị lực cản gia thêm. Việc thay đổi hướng chuyển động của tàu được hiểu là thay đổi giá trị góc 0° (là góc hợp bởi phương của dòng chảy và phương của trục dọc tàu trong khoảng thời gian thay đổi nhất định, tính bằng độ), hay chính là thân tàu xoay lệch đi các góc nhất định so với hướng chất lỏng.
– Lựa chọn và sử dụng mô hình tàu theo tiêu chuẩn đồng dạng với tàu container M/V TAN CANG FOUNDATION, trọng tải 7040 MT, có 01 chân vịt chiều phải, để triển khai nghiên cứu thực nghiệm tại bể thử mô hình tàu của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
3. Phương pháp nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể:
Nghiên cứu lý thuyết:
– Nghiên cứu cơ sở lý luận về động lực học dòng chảy bao quanh tàu thủy và lực cản tàu thủy;
– Nghiên cứu cơ sở toán học trên nền tảng tính toán động lực học dòng chảy CFD (Computational Fluid Dynamics), để tính toán mô phỏng các thông số động lực học dòng chảy bao. Từ đó, áp dụng tính toán mô phỏng chi tiết cho mô hình đồng dạng tàu với tàu M/V TAN CANG FOUNDATION, với các giá trị vận tốc (Vi) và sự thay đổi hướng chuyển động của tàu (0°);
– Nghiên cứu xây dựng mô hình nghiên cứu bằng phương pháp số và quy trình tính toán mô phỏng ảnh hưởng động lực học dòng chảy bao đến lực cản tàu thủy trong quá trình thay đổi hướng chuyển động. Áp dụng tính toán mô phỏng cho mô hình đồng dạng tàu M/V TAN CANG FOUNDATION, với các giá trị vận tốc khác nhau và khi thay đổi hướng chuyển động.
– Nghiên cứu thực nghiệm:
Đã triển khai thực nghiệm tại bể thử mô hình tàu của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, với một số nội dung cụ thể như sau:
– Thiết kế công nghệ và chế tạo mô hình nghiên cứu thực nghiệm đồng dạng theo tiêu chuẩn với tàu M/V TAN CANG FOUNDATION;
– Thiết kế, chế tạo bộ phận kết nối mô hình tàu với hệ thống thí nghiệm tại bể thửmô hình tàu của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. Triển khai vận hành bể thử theo phương án thực nghiệm;
– Đo giá trị lực cản tác động lên tàu thủy với giá trị vận tốc và thay đổi hướng chuyển động của tàu.
– Tổng hợp, phân tích, so sánh và đánh giá kết quả của luận án.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học:
– Hệ thống hóa cơ sở lý luận về động lực học dòng chảy bao quanh tàu thủy, nhằm đưa ra mô hình nghiên cứu phù hợp. Từ kết quả nghiên cứu nhận được, đã góp phần hoàn thiện một phần cơ sở lý luận liên quan đến vấn đề nghiên cứu và thực sự đóng góp nhất định cho khoa học hàng hải;
– Đề xuất phương pháp luận về xây dựng quy trình ứng dụng CFD với Fluent -Ansys, để đánh giá ảnh hưởng của động lực học dòng chảy bao đến lực cản tàu thủy, khi thay đổi hướng chuyển động. Từ đó áp dụng vào đối tượng và phạm vi nghiên cứu cụ thể của luận án, vì vậy, có những giải pháp tránh những rủi ro trong thực tiễn hàng hải.
Ý nghĩa thực tiễn:
– Kết hợp cơ sở khoa học lý thuyết mang tính đặc thù liên quan đến lĩnh vực khoa học chuyên ngành với thực tiễn hàng hải. Hỗ trợ thuyền trưởng chủ động điều khiển hướng chuyển động tàu, tránh rủi ro, nguy hại do lực gia thêm gây ra, đặc biệt trong quá trình điều động tàu, xử lý tình huống khẩn cấp liên quan nghiệp vụ dẫn tàu.
– Đóng góp nhất định vào khoa học chuyên ngành: Xây dựng một phần hệ thống thí nghiệm phục vụ nghiên cứu thực nghiệm. Giúp chuyên gia trong xây dựng chương trình điều khiển tàu tự động có tính tới yếu tố ảnh hưởng của lực gia thêm nhằm chủ động trong quá trình điều động tàu.
5. Những điểm đóng góp mới của luận án
5.1. Xây dựng giải thuật mô phỏng trên nền tảng ứng dụng CFD với phần mềm Fluent – Ansys đối với bài toán 2D và bài toán 3D cho mô hình động lực học dòng chảy bạo quanh tàu thủy. Từ đó, tính toán mô phỏng cho đối tượng cụ thể với số liệu đầu vào đồng dạng với tàu M/V TAN CANG FOUNDATION theo 16 trường hợp, khi thay đổi vận tốc khác nhau và thay đổi hướng chuyển động của tàu.
5.2. Xây dựng mô hình bài toán nghiên cứu, quy trình chung tính toán mô phỏng và thực hiện tính toán mô phỏng ảnh hưởng động lực học dòng chảy bao đến lực gia thêm tác động lên tàu thủy, khi thay đổi hướng chuyển động của tàu, thông qua 3 giá trị cơ bản là: Lực cản gia thêm, lực ly tâm và mô men gia thêm. Tổng hợp, phân tích và đánh giá cụ thể mối quan hệ theo 3 giá trị cho từng trường hợp khác nhau, trong đó có áp dụng cụ thể mô hình đồng dạng với tàu M/V TAN CANG FOUNDATION.
Đồng thời, đã xây dựng được bốn phương trình bậc 3, thể hiện mối quan hệ giữa lực cản (R) với sự thay đổi hướng chuyển động của tàu, tại từng trường hợp vận tốc tàu mô hình khác nhau (Vm), cụ thể:
Khi Vm = 0,75 m/s: R=0,0000316703 +0,00552502-0,056720+0,698
Khi Vm = 0,65 m/s: R=0,000147203 +0,00133502-0,0075330+0,523
Khi Vm = 0,55 m/s: R=0,0000256703 +0,00144502-0,0075170+0,376
Khi Vm = 0,45 m/s: R=-0,000064503 +0,00042402-0,031950+0,314
5.3. Thực hiện thiết kế, chế tạo mô hình tàu và các chi tiết, thiết bị phụ trợ phục vụ quá trình nghiên cứu thực nghiệm một phần kết quả cơ bản của luận án. Tiến hành đo bộ dữ liệu giá trị lực cản mô hình tàu cho 15 trường hợp khác nhau. Từ đó, tổng hợp, phân tích, so sánh và đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm với kết quả tính toán mô phỏng bằng CFD với Fluent – Ansys, khẳng định: Kết quả khi thực hiện theo hai phương pháp đảm bảo tính hiện đại, độ chính xác và tin cậy (với sai lệch trung bình là 8,4%).
6. Bố cục của luận án
Luận án gồm các phần thứ tự sau: Mở đầu; Nội dung (gồm 04 chương); Kết luận và kiến nghị; Danh mục các công trình khoa học đã công bố liên quan đến đề tài luận án (09 công trình); Tài liệu tham khảo; Phụ lục (gồm 03 phụ lục).
