BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CỦA DÒNG
CHẢY BAO QUANH THÂN TÀU”
NGƯỜI THỰC HIỆN:
GV HƯỚNG DẪN:

KS. NGUYỄN TIẾN CÔNG
TS. ĐỖ QUANG KHẢI

HẢI PHÒNG - 2014


Nội dung

1. Xác định đề tài
2. Cơ sở lý thuyết (PT Navier Stokes và phương
pháp VOF giải hệ PT Navier Stokes)
3. Mô hình bài toán nghiên cứu
Thông số ban đầu
Mô hình hình học và chia lưới phần tử
Điều kiện biên và các thiết lập
Kết quả và đánh giá
4. Kết luận và kiến nghị


1. Xác định đề tài
1.1. Tính cấp thiết của đề tài



Trong nước
Việc nghiên cứu về dòng chảy bao quanh thân tàu, cũng như các
bài toán thủy động lực học của tàu vẫn còn hạn chế
Phụ thuộc vào các công thức thống kê như: tính toán sức cản cho

tàu, tính toán hệ số dòng theo, hệ số hút, tính toán vận tốc chất lỏng
sau đuôi tàu phục vụ cho việc tính toán thiết kế thiết bị đẩy, thiết bị
lái…, thiếu tính trực quan, khó kiểm tra được sự đúng đắn và khó
kiểm soát được sai số do sử dụng công thức thống kê.
Chọn đề tài:

“NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CỦA DÒNG CHẢY BAO QUANH
THÂN TÀU”


1.2. Mục đích nghiên cứu
Phân tích trường áp suất,
trường vận tốc của dòng chất
lỏng bao quanh thân tàu

thiết kế tối ưu tàu về mặt thủy
động lực học

Bài toán thiết kế tàu


1.3. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:

-

Làm rõ được đặc tính dòng chảy bao quanh thân tàu, phục vụ

cho quá trình tính toán hệ thống thiết bị đẩy, thiết bị lái sau
đuôi tàu
-

Phục vụ bài toán tối ưu hình dáng tàu về mặt động lực học

-

Thay thế được phần nào cho quá trình thử mô hình tàu trong
giai đoạn thiết kế. Qua đó, giảm chi phí và thời gian thiết kế

tàu.


2. Cơ sở lý thuyết
2.1. Hệ phương trình Navier – Stokes
- Phương trình liên tục:

Khối lượng tích lũy của
phần tử lỏng cố định
đang xét

Tỷ lệ giãn nở thể tích
của phần tử lỏng

(2.1.1a)

(2.1.1c)

Nội
năng

Động năng và
nhiệt năng
phát sinh

Năng lượng nhận được
từ nguồn nhiệt

Năng lượng do có
tương tác hóa học
của các phân tử
vật liệu đang xét


Hệ phương trình Navier – Stokes viết cho chất lỏng
không nén được
Nếu như xét thêm đến giả thiết về tính không nén được
và giả sự độ nhớt của chất lỏng là hằng số, phương trình
động lượng sẽ được viết như sau (theo dạng vectơ):
(2.1.1d)

là gradient vận tốc
là gradient áp suất
Phương trình liên tục sẽ được viết như sau :
(2.1.1e)


là khối lượng chất lỏng dịch chuyển từ pha q sang pha p.
ρq

là tỷ trọng của pha q.
là năng lượng nguồn, đặc trưng cho tương tác hóa học, hay các điều kiện

của dòng chảy bên trong hoặc ngoài.
hệ số thành phần thể tích của pha qth.

V

Thể tích của vùng [m3]

Uf

Thông lượng thể tích xuyên qua mặt đang xét, phụ thuộc vào hướng của

vận tốc [m3.s-1]


Phương trình phân chia thể tích

Phương trình phân chia thể tích sẽ không được giải cho
pha cơ sở. Với pha này, hệ số thể tích sẽ được tính toán

dựa trên phương trình sau: [1]
𝑛

𝛼𝑞 = 1
𝑝=1


 i i k j  j   j  j ki i

1
( i   j )
2
là hệ số lực mặt giữa hai phần tử i và j [N/m2]
là hệ số thể tích của hai phần tử i và j.
là tỷ trọng của hai phần tử i và j tương ứng
[kg/m3]
ki,j là bán kính cong tại mặt tiếp xúc của hai phần tử i
và j [m]
pairij ,i  j


Lực mặt trong trường hợp bài toán có hai pha

Khi đó: ki = kj và
Dẫn đến:

Liên kết với biên ngoài
Hướng của vận tốc
Gọi θw là góc tiếp xúc của vận tốc chất lỏng tại bờ, véc
tơ pháp tuyến cạnh bờ sẽ là: [1]
(3.2.4i)
𝑛 = 𝑛w . 𝑐os𝜃w + 𝑡w . sin𝜃w
Trong đó: 𝑛w và 𝑡w là véc tơ pháp tuyến và tiếp tuyến
của vận tốc chất lỏng với bờ.



n- ớ c

Dũng chy
tnh
mặt n- ớ c tĩ
nh

tàu đứng yê n

v(m/s)

n- ớ c

Bi toỏn tu
chy trờn
súng

v(m/s)


3.1. Thông số mô hình
Tàu chở dầu
Chiều dài lớn nhất(Loa)

Tàu thực đơn vị Mô hình đơn vị
90

m

0.9


m

Chiều chìm(d)

6

m

0.06

m

Hệ số béo thể tích(CB)

0.765

Trọng tải

4900

0.765
T

T

Tốc độ lớn nhất

13



Bản vẽ tuyến hình tàu: