1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LƢU VŨ PHƢƠNG THẢO

MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH
HÌNH THÀNH KHOANG HƠI QUANH
VẬT THỂ CHUYỂN ĐỘNG TRONG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠ HỌC

HÀ NỘI – 2016


2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LƢU VŨ PHƢƠNG THẢO

MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH
HÌNH THÀNH KHOANG HƠI QUANH
VẬT THỂ CHUYỂN ĐỘNG TRONG NƢỚC

Ngành:

Cơ học kỹ thuật

Chuyên ngành:


và Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Cám ơn
các thầy, cô giáo đã tham gia giảng dạy và đào tạo trong thời gian tôi
học tập tại trường và trung tâm. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ long biết ơn
chân thành tới GS. TSKH. Dương Ngọc Hải và TS. Nguyễn Tất Thắng
đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.


1

MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.............................................. 3
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ 7
MỞ ĐẦU....................................................................................................... 8
Chƣơng I. TỔNG QUAN................................Error! Bookmark not defined.
1.1. Các khái niệm, định nghĩa .....................Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Khái niệm khoang hơi .....................Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Khái niệm áp suất hơi .....................Error! Bookmark not defined.
1.2. Sự tạo bọt hơi trong chất lỏng thực và các đặc trưng riêng của dòng chảy
có sự tạo bọt..................................................Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Áp suất và gradient áp suất................Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Mặt phân cách lỏng – hơi ..................Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Tác dụng nhiệt ..................................Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Các tham số phi thứ nguyên ...............Error! Bookmark not defined.
1.3. Hiện tượng tạo khoang hơi ....................Error! Bookmark not defined.
1.4. Các nghiên cứu trước đây......................Error! Bookmark not defined.
1.5. Mục đích nghiên cứu ............................Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ HIỆN TƢỢNG TẠO
KHOANG HƠI ...............................................Error! Bookmark not defined.
2.1. Các giả thiết và hệ phương trình ..............Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................... 11


3

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
(Dấu gạch ngang “-” thể hiện tham số không thứ nguyên)
Ký tự

Ý nghĩa
Tiết diện vuông góc với dòng chảy của vật thể
Hệ số áp suất
Đường kính của thân vật thể
Đường kính lớn nhất của khoang hơi
Lực khối
Lực cản
Gia tốc trọng trường
Chiều dài lớn nhất của khoang hơi
Chiều dài của vật thể
Mật độ số lượng bọt hơi
Bán kính bọt hơi
Tốc độ sinh hơi
Tốc độ hóa hơi
Tốc độ ngưng tụ
Áp suất bên trong khoang hơi
Áp suất chất lỏng ở dòng chảy tự do
Áp suất hơi bão hòa
Áp suất tĩnh tại một điểm trên mặt phân tách
Sức căng bề mặt
Nhiệt độ


-

Số Weber

-


5

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1 Khoang hơi của vật bắn từ không khí vào môi trường chất lỏng .Error!
Bookmark not defined.
Hình 1. 2 Biểu đồ pha lỏng – pha hơi của nước ..Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 3 Đường đẳng nhiệt ANDREWS...........Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 4 Mặt phân cách lỏng - hơi....................Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 1 Mô hình bài toán Steady ....................Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 2 Mô hình bài toán Transient ................Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 1 Mô hình hệ thống đo đạc khoang hơi (1) Bộ phận cung cấp vận tốc;
(2) Bể chứa chất lỏng........................................Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 2 Sơ đồ khối thuật toán mô hình tính toán khoang hơiError! Bookmark
not defined.
Hình 3. 3 Sơ đồ mô tả mô hình mô phỏng tính toán khoang hơi 2D ..........Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 4 Mô hình 2D và kích thước vật thể dạng đầu phẳng . Error! Bookmark
not defined.
Hình 3. 5 Mô hình 2D và kích thước vật thể dạng đầu bán cầuError! Bookmark
not defined.
Hình 3. 6 Mô hình 2D và kích thước vật thể dạng đầu nón .... Error! Bookmark
not defined.

= 0.4 và (c) σ = 0.5 ...........................................Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 21 Tọa độ trọng tâm vật thể đầu phẳng và vật thể đầu bán cầu.....Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 22 Phân bố tỉ phần thể tích pha hơi quanh vật thể đầu phẳng .......Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 23 Phân bố tỉ phần thể tích pha hơi quanh vật thể đầu bán cầu......Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 24 Phân bố tỉ phần thể tích pha hơi quanh vật thể đầu nón ............Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 25 Mức độ bao phủ bề mặt của vùng hơi quanh các vật thể .........Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 26 So sánh quãng đường đi được của các vật thể với V0=70m/s....Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 27 Vận tốc của các vật thể ....................Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 28 Giá trị số xâm thực của các trường hợp vật thểError! Bookmark not
defined.


7

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Bảng hình dạng và kích thước đầu vật cản mô hình 2D...............Error!
Bookmark not defined.
Bảng 2. Điều kiện dòng chảy của mô hình 2D tính toán khoang hơi .........Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. Bảng hình dạng và kích thước đầu vật cản mô hình 3D...............Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4. Điều kiện dòng chảy của mô hình 3D tính toán khoang hơi .........Error!
Bookmark not defined.
Bảng 5. Các cỡ lưới được xét ảnh hưởng tới khoang hơi. Error! Bookmark not

nghệ, bài toán về khoang hơi được mô phỏng số bằng nhiều công cụ mô phỏng
và tính toán.
 Mục tiêu
- Xây dựng được mô hình thí nghiệm số sử dụng ANSYS Fluent để mô
phỏng hiện tượng khoang hơi với nhiều hình dạng đầu cản khác nhau.
- Bước đầu mô phỏng chuyển động tự do của vật thể có vùng hơi bao
quanh. Tính toán kích thước khoang hơi và các tham số dòng chảy có
xuất hiện khoang hơi.
 Mục đích
So sánh kết quả thực hiện mô phỏng của luận văn với các kết quả đã được
các nhà khoa học trên thế giới công bố để đưa ra mô hình mô phỏng tính toán
khoang hơi chính xác nhất.


9
 Nội dung nghiên cứu
- Bước đầu nghiên cứu tổng quan các vấn đề lý thuyết liên quan đến sự
hình thành khoang hơi khi vật chuyển động trong chất lỏng.
- Đi sâu tìm hiểu về mô phỏng số hiện tượng khoang hơi.
- Tìm hiểu các mô hình và phương pháp giải trong ANSYS Fluent. Sử
dụng Fluent để mô phỏng bài toán vật thể chuyển động trong nước.
Sau đó, tổng hợp các kết quả để phân tích các ảnh hưởng liên quan đến
sự hình thành khoang hơi. So sánh với các kết quả đã được công bố để
tạm thời đưa ra mô hình và hình dạng đầu vật thể tối ưu nhất cho thiết
kế vật thể chuyển động trong nước.
 Bố cục của luận văn
Luận văn bao gồm các phần:
MỞ ĐẦU
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ HIỆN TƢỢNG

Fluent”. Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí toàn
quốc năm 2015.


11

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1] Vũ Văn Duy, Nguyễn Thế Đức, Nguyễn Thế Mịch (2007), “Mô phỏng
vùng xâm thực trong vùng bao quanh profil cánh bằng phƣơng pháp
phần tử biên”, Tuyển tập công trình khoa học Hội nghị Cơ học thủy khí toàn
quốc lần thứ 8, tập 3, Cơ học Thủy khí, Hà Nội, tr. 77-84
[2] Dương Ngọc Hải, Nguyễn Tất Thắng, Nguyễn Quang Thái, Trương Thị
Phương, Lưu Vũ Phương Thảo (2015), “Bƣớc đầu mô phỏng chuyển động
tự do của vật thể có vùng xâm thực bao quanh sử dụng ANSYS Fluent”.
Tuyển tập Công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc năm
2015
[3] Dương Ngọc Hải, Nguyễn Tất Thắng, Trương Thị Phượng, Nguyễn
Quang Thái, Lưu Vũ Phương Thảo, Lê Minh Thành (2015). “Đo đạc thực
nghiệm khoang khí quanh vật thể đi vào nƣớc”. Tuyển tập báo cáo khoa
học Hội nghị Khoa học kỹ thuật đo lường Toàn Quốc VI, trang 740-747
[4] Dương Ngọc Hải, Nguyễn Tất Thắng, Nguyễn Quang Thái, Trương Thị
Phương, Lưu Vũ Phương Thảo, Lê Minh Thành (2015), “Mô phỏng vùng
xâm thực bao quanh vật thể chuyển động tự do dƣới nƣớc”. Hội nghị
Khoa học kỷ niệm 40 năm ngày thành lập Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam,
Hà Nội
[5] Nguyễn Anh Sơn, Trần Thu Hà, Dương Ngọc Hải (2014), “Super cavity
model of slender body moving fast in water”, Hội nghị Cơ học kỹ thuật
toàn quốc, Kỷ niệm 35 năm Viện Cơ học, Hà Nội
TIẾNG ANH

development and validation”, Computers Fluids. 24(3), 1995, pp. 227-238
[15] Worthing ton A. M. and Cole R. S. (1987), “Impact with a liquid
surface, studied by the aid of íntantaneeous photography”, Philosophical
Transactions of the Royal Society of London A