BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
______________________________________
LÊ VĂN TOÀN
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT CFD
(COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)
XÁC ĐỊNH SỨC CẢN TÀU CÁ VỎ GỖ VIỆT NAM
Ngành đào tạo: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62520116
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KHÁNH HÒA - 2017
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Nha Trang
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Gia Thái
Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Đức Ân
Phản biện 2: PGS. TS. Phan Anh Tuấn
Phản biện 3: PGS. TS. Đỗ Đức Lưu
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp trường họp tại Trường
Đại học Nha Trang vào hồi ……… giờ, ngày … tháng … năm 2017
Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia và Thư viện Trường Đại học Nha
Trang
1
!
MỞ ĐẦU
!
1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
Với 3,000 km bờ biển, thủy sản đã trở thành một trong các ngành kinh tế mũi nhọn
đóng góp quan trọng vào sự phát triển ổn định và bền vững kinh tế - xã hội của đất nước.
Tính đến giữa năm 2016, đội tàu khai thác hải sản nước ta đã đạt đến gần 120,000 tàu
nhưng hầu hết là tàu vỏ gỗ cỡ nhỏ, đóng theo kinh nghiệm dựa vào mẫu tàu truyền thống,
không được tính toán cụ thể nên trong nhiều trường hợp, các mẫu tàu đã không đảm bảo
được các tính năng hàng hải cần thiết, nhất là trong điều kiện thời tiết không thuận lợi.
Trong thời gian gần đây, nhà nước đã có nhiều chủ trương, chính sách nhằm mục tiêu
phát triển bền vững và hiện đại hóa đội tàu đánh cá cho ngang tầm với nhiệm vụ mới.
Do đó vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu thiết kế các mẫu tàu cá phù hợp nghề khai thác,
hình dạng tối ưu để giảm sức cản nhằm nâng cao mức độ an toàn và hiệu quả đánh bắt.
Vì lý do đó, bài toán nghiên cứu xác định chính xác sức cản các mẫu tàu đánh cá vỏ gỗ
ở nước ta hiện nay có vai trò và ý nghĩa quan trọng, đồng thời mang tính chất cấp thiết,
nhất là trong bối cảnh vùng Biển đông đất nước đang có nhiều biến động như hiện nay.
Theo cách truyền thống, thường có hai cách tiếp cận chính trong nghiên cứu giải quyết
bài toán xác định sức cản tàu thủy là nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm
nhưng chúng đều tồn tại những nhược điểm lớn nên rất hạn chế về khả năng ứng dụng.
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp tính và
kỹ thuật máy tính, tính toán động lực học lưu chất (Computional Fluid Dynamíc - CFD)
đã trở thành phương pháp nghiên cứu hiệu quả trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật nói chung,
đặc biệt là trong lĩnh vực kỹ thuật tàu thủy nói riêng để giải nhiều bài toán phức tạp như
tính toán thiết kế tối ưu, kiểm nghiệm, dự báo kết quả nghiên cứu, mô phỏng… Phân
tích sức cản dựa trên mô phỏng CFD cũng đã trở thành một yếu tố quyết định trong
việc phát triển hình dạng các mẫu tàu mới, hiệu quả kinh tế và thân thiện với môi trường.
Từ những trình bày trên đây, chúng tôi đã lựa chọn cách tiếp cận nghiên cứu sức cản tàu
theo hướng nghiên cứu lý thuyết dựa trên cơ sở lý thuyết CFD với tên đề tài là:
! ! “Ứng dụng lý thuyết CFD (Computational Fluid Dynamics) xác định sức cản
tàu cá vỏ gỗ Việt Nam”
2
!
2. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Kết quả nghiên cứu của đề tài bước đầu có những đóng góp quan trọng nhất định,
cả về mặt khoa học và thực tiễn, cụ thể như sau.
2.1. Ý nghĩa khoa học
Về mặt khoa học, đề tài đã đóng góp được những kết quả mới cụ thể như sau:
- Xây dựng cơ sở khoa học, cùng với giá trị những thông số cần thiết cho việc
ứng dụng lý thuyết tính toán động lực học lưu chất CFD trong xác định sức cản
của loại tàu có kích thước bé, chạy chậm, có đoạn thân ống ngắn nói chung và
các mẫu tàu cá vỏ gỗ theo mẫu dân gian truyền thống của Việt Nam nói riêng.
- Mô phỏng chính xác hình ảnh trường dòng lưu chất chảy xung quanh thân tàu
và hiện tượng thủy động lực học xảy ra khi tàu cá chuyển động trên nước tĩnh.
Trên cơ sở đó, giải thích tường minh về sức cản áp suất, qui luật và tỉ trọng của
hai thành phần sức cản chính có trong sức cản toàn bộ của tàu thông dụng là sức
cản do tính nhớt chi phối Rv và sức cản do áp suất chi phối Rp.
- Cơ sở để xây dựng công thức tính sức cản phù hợp cho đội tàu cá Việt Nam.
- Cơ sở lý thuyết và khoa học để giải quyết nhiều bài toán vẫn còn đang tồn tại
trong lĩnh vực tàu thuyền nghề cá ở nước ta hiện nay, đặc biệt là các bài toán về
thủy động lực học và tối ưu hóa đường hình tàu.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Về mặt ý nghĩa thực tiễn, đề tài đã đóng góp được những kết quả cụ thể như sau:
- Việc xác định được chính xác giá trị sức cản sẽ cho phép phân tích, đánh giá và
xây dựng công thức tính sức cản phù hợp với tàu cá vỏ gỗ ở nước ta hiện nay.
Trên cơ sở đó, có thể tính toán, lựa chọn được máy chính phù hợp khi thiết kế,
góp phần quan trọng trong việc nâng cao mức độ an toàn và hiệu quả kinh tế -
kỹ thuật của đội tàu cá vỏ gỗ ở nước ta hiện nay.
- Sử dụng làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực tàu thuyền nghề cá.
- Khuyến cáo tốc độ khai thác hợp lý và tốc độ giới hạn trong tính toán thiết kế
và sử dụng tàu cá.
3
!
3. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung của đề tài là nghiên cứu ứng dụng lý thuyết động lực học lưu chất
để xác định sức cản của các mẫu tàu cá vỏ gỗ theo mẫu truyền thống của Việt Nam.
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính là sức cản của các mẫu tàu đánh cá vỏ gỗ Việt Nam.
Với đối tượng nghiên cứu trên, nội dung nghiên cứu của đề tài giới hạn trong phạm vi:
- Tàu làm việc ở chế độ bơi, chuyển động thẳng đều trong nước tĩnh, không chịu
tác động bởi sóng biển và độ sâu không hạn chế.
- Lưu chất sử dụng trong mô phỏng có tính chất nhớt, không nén được, đồng chất.
3.3. Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Sử dụng phương pháp lý thuyết, bắt đầu từ việc phân tích đặc điểm hình học tàu
tính toán và bản chất vật lý bài toán mô phỏng dòng lưu chất chuyển động quanh tàu,
từ đó áp đặt các giả thiết và điều kiện ràng buộc vật lý đối với đối tượng khảo sát mới,
trong trường hợp này là các mẫu tàu đánh cá vỏ gỗ theo mẫu truyền thống của Việt Nam,
nhằm mục tiêu đưa bài toán về mô hình toán và các điều kiện tính sát thực tế và khả thi.
Trên cơ sở đó, xây dựng thuật toán và viết chương trình giải bài toán xác định sức cản,
đồng thời sử dụng phương pháp tính đúng dần, cùng với số liệu thử nghiệm làm cơ sở
để xác định các thông số của mô hình và lời giải CFD phù hợp đối tượng tàu tính toán.
Với mục tiêu trên, luận án gồm các nội dung nghiên cứu cụ thể như sau.
- Phân tích mô hình tính và phương pháp giải bài toán mô phỏng dòng lưu chất
bao xung quanh thân tàu chuyển động trong nước tĩnh.
- Nghiên cứu xây dựng mô hình tính và lựa chọn phương pháp giải phù hợp với
đối tượng tàu đang tính.
- Xây dựng giải thuật và viết chương trình tính bằng mã nguồn mở OpenFOAM.
- Ứng dụng mô phỏng dòng lưu chất và tính sức cản cho các mẫu tàu thực nghiệm.
- Phân tích và so sánh kết quả nghiên cứu với kết quả thực nghiệm để xác định
các thông số của lời giải CFD phù hợp với đối tượng tàu tính toán.
