iv
TÓM TT
D
thích xoáy và
.
.
v
ABSTRACT
The study of the aerodynamic stability of long-span suspension bridge is very
important in design state. One of control methods is to change the flow over the
bridge deck, so that the aerodynamic forces will be changed. This study investigates
the effectiveness of control surface attached to bridge deck by using the immersed
boundary method. The results show that the values of the aerodynamic forces are
reduced after controlling the control surfaces.
vi
MỤC LỤC
i
ii
iii
iv
ABSTRACT v
vi
viii
ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH x
Chương 1. TỔNG QUAN 1
1
2
4
1 5
Chương 2. TỔNG QUAN V PHNG PHÁP BIểN NHÚNG 6
Chương 3. PHNG PHÁP BIểN NHÚNG CHO BIểN CỨNG 8
8
9
9
10
-stokes 11
11
12
13
vii
14
16
18
19
Chương 4. CU TRÚC HÀM DIRAC DELTA 21
Chương 5. KT QU TệNH TOÁN 26
26
28
Chương 6. KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 42
42
43
44
THE 2012 INTERNATIONAL CONFERENCE ON GREEN TECHNOLOGY
AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT 45
NUMERICALLY STUDY EFFECTIVENESS OF CONTROL SURFACE ON
AERODYNAMIC OF BRIDGE DECK BY USING IMMERSED BOUNDARY
METHOD 46
INVESTIGATING THE FLOW OVER BRIDGE DECK CONTROLLED BY
CONTROL SURFACES BY USING IMMERSED BOUNDAY METHOD 51
viii
KÝ HIU KHOA HC
kk
YXtsYtsXts ,,,,, X
c cho bi t cm
trên biên
t hàm c dài cung s và thi gian t-1
tsFtsF
yx
,,,F
là lc biên (boundary force density)
kk
VUtsVtsUts ,,,,, U
là vn tc ci Lagrangian
tftf
yx
,,, xxf
là lc vt th c tích h-Stokes
yx,x
là t i Eulerian
tvtut ,,,, xxxu
là vn tc ct ( theo 2 chiu x, y)
tp ,x
là áp sut ct.
là khng riêng ct
nht
u* là vn tng vn tc)
p là gradient áp sut.
là toán t Laplace
(.t ký hic dùng : (
.) thay vì
(vi grap,div c s dng trong toán t laplace)
L
b
là chiu dài cng cong khép kín Γ
,
=
y Y
là hàm Dirac Delta.
2
2
2
2
yx
yx
grap
,
+=∇.=
yδ
δ
xδ
δ
div
ix
DANH SÁCH CÁC BNG
Bng 5.1: 27
Bng 5.2: 27
Bng 5.3: C
D
37
Bng 5.4: C
L
38
Bng 5.5: C
M
40
x
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: 2
Hình 1.2: 3
Hình 1.3: 3
Hình 1.4: 3
Hình 2.1: 6
Hình 3.1:
10
Hình 3.2: 13
Hình 4.1: 25
Hình 5.1: 26
Hình 5.2: θ=30
0
26
Hình 5.3: α là 0
0
28
Hình 5.4: t = 6.6s 31
Hình 5.5: α = 0
0
33
Hình 5.6: θ=30
0
α = 0
0
33
Hình 5.7: α 37
Hình 5.8: α 39
Hình 5.9: α 40
1
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 GII THIU CHUNG
D
thì
,
,
. M
V
. Thí
,
Dynamics--Structure Interaction-
(Immersed Boundary Methods -
2
Tron
.
1.2 LCH S NGHIểN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NC
ichi MIYACHI, Masahiro
YONEDA và Katsuya EDAMOTO.
ình 1.1
Hình 1.1:
b = 20 mm. Thí
θ θ = 30
0
và góc θ = 45
0
.
3
Hình 1.2:
là u
là α = + 3
0
.
Hình 1.3:
Hình 1.4: có
, ba
4
.
θ = 30
0
.
3.
dC
M
/ dcác thí
moment dC
M
/ d.
1.3 PHNG PHÁP BIểN NHÚNG IBM
cho quá trình tính toán.
Method).
, thì
5
, t
1.4 NHIM VỤ CỦA LUN VĂN
Các :
- V tính toán,
tính toán và
- Tính âng
.
-
- .
-
6
Chương 2:
TỔNG QUAN V PHNG PHÁP BIểN NHÚNG
IMMERSED BOUNDARY METHOD (IBM)
2.1 PHNG PHÁP BIểN NHÚNG
à
ng tác
làm
P
Largange.
Hình 2.1:
range
7
IMB công
Euler và Largange, có liên
quan ng trình tác. T các rac
Delta
S
là c
T
8
Chương 3
PHNG PHÁP BIểN NHÚNG CHO BIểN CỨNG
3.1 PHNG TRỊNH ĐNG LỢNG
di . Các
ng khép kín
(Hình 3.1a).
:
,,tsX
,0
b
Ls
tLt
b
,,0 XX
.
b
L
là
, và
ts,X
là hàm vector
s t.
f Navier-Stokes.
Navier-Stokes
. ,
. ng
( )
fuuu
u
+=∇+.∇+
∂
∂
μpρ
t
ρ
(3.1)
0 u
(3.2)
yx,x
và
YX,X
,
tvtut ,,,, xxxu
và
tp ,x
là
.
và
.
tftft
yx
,,,, xxxf
hay
dststst ,,, XxFxf
(3.3)
9
tsFtsFts
yx
,,,, F
biên nhúng và
YyXxts
,Xx
là hàm Dirac delta.
xXxxuXuU
X
dtstttsts
t
ts
,,,,,
,
(3.4)
(3.3) và (3.4) . Trong
(3.3)
(3.4) .
ts,Xx
( 4)
1,
xXx dts
(3.5)
0,,
xXxXx dtsts
(3.6)
X
X
.
dstsddststsdt ,,,, FxXxFxxf
(3.7)
3.2 PHNG PHÁP SỐ
3.2.1 Rời rc không gian vƠ thời gian.
nhúng -
3
.1b. :
Eulerian, Lagrangian.
10
],0[],0[
yxf
ll
và
yx
NN
Eulerian
yx
hhh
, và
yyxxyx
NlNlhh //
.
u
ij
u (i,j).
b
N
Lagrangian (
bb
NLs /
). F
k
F
k. k Lagrangian X
k
.
tn
n
,xuxu
và
tnss
n
,XX
.
a) b)
Hình 3.1: a)
. b) Eulerian (ch
sáng) Lagrangian ()
3.2.2 Gii vt th
b
N
k
k
n
ji
n
jih
n
k
n
ji
st
1
,,,
XxFf
(3.8)
x
h
là Dirac, delta.
h
y
h
x
h
h
2
1
x
(3.9)
:
11
r
rrrr
rrrr
r
2,0
21,412725
8
1
10,44123
8
1
2
2
(3.10)
NavierStokes
1
,
n
ji
p
1
,
n
ji
u
[3].
ji
n
kjih
n
ji
n
k
n
k
hdtd
,
21
,
1
,
11
/ XxuUX
(3.11)
3.2.3 Gii h phương trình Navier-stokes
Navier-Stokes
( (3.1)-(3.2)) là
0u
fuuu
u
p
t
(3.12)
0
2
2
2
22
2
2
2
22
y
v
x
u
f
y
v
x
v
y
v
x
uv
y
p
t
v
f
y
u
x
u
y
uv
x
u
x
p
t
u
y
x
(2.13)
Chúng ta tìm
st
n 1
:
3.2.3.1 X lý phi tuyn đ nht
C
12
0
1
1
1
1
1
n
n
n
nnnn
n
p
t
t
u
uu
fuuu
uu
(3.14)
3.2.3.2 Hiu chnh áp sut
T (
u
) gradient
1n
p
.
1
1
1
n
n
p
t
uu
(3.15)
1n
p
, :
11
111
nn
p
tt
uu
(3.16)
(
)
:
11
111
nn
p
tt
uu
(3.17)
u
t
p
n
11
1
(3.18)
(
0
1
n
u
)
Poisson cho
1n
p
st
n 1
.
st
n 1
.
Bước 1: Tính
uF
nn
vu ,
.
Bước 2: Poisson (3.18)
1n
p
.
13
3:
11
,
nn
vu
11
nn
p
t
uu
1n
p
.
3.2.3.3 Lưi so le
Navier-Stokes, t
f
p u
v
.
Xét
yx
nn
p, u và v
.
. Nh
3.2 , trong khi
.
Hình 3.2:
14
3.2.3.3.1 Đo hƠm xp x
Đạo hàm cấp 2
ji
u
,
Laplace:
2
1,,1,
2
,1,,1
,
2
2
2
2
,
22
h
uuu
h
uuu
y
u
x
u
u
jijijijijiji
ji
ji
(3.19)
2
1,,1,
2
,1,,1
,
2
2
2
2
,
22
h
vvv
h
vvv
y
v
x
v
v
jijijijijiji
ji
ji
(3.20)
Đạo hàm bậc nhất
h
uu
x
u
jiji
ji
2
,1,1
,
(3.21)
x
u
ji
u
,
,
ji
u
,1
và
ji
u
,
. :
h
uu
x
u
jiji
ji
,,1
,
2
1
(3.22)
Thành phần phi tuyến (sai phân trung tâm)
. uv
u và v .
u, chúng t
xu /
2
và
yuv /
.
,
.
2
u
, và uv .
15
2
,1,
,
2
1
2
2
jiji
ji
uu
u
(3.23)
2
1,,
2
1
,
jiji
ji
uu
u
(3.24)
2
,1,
,
2
1
jiji
ji
vv
v
(3.25)
v.
. x
,
y
:
y
vu
x
u
t
uu
xyx
2
(3.26)
y
v
x
vu
t
vv
yxy
2
(3.27)
2
2
2
2
,1,
2
1
,
,1,
2
1
,
,,1
,
2
1
,,1
,
2
1
jiji
ji
y
jiji
ji
y
jiji
ji
x
jiji
ji
x
vv
v
uu
u
vv
v
uu
u
(3.28)
Thành phần phi tuyến (sai phân tiến)
v
h là quá thô.
.
. S
16
∈ [0, 1]
:
1,max,maxmax2.1min
,
,
,
,
ji
ji
ji
ji
vut
(3.29)
γ
1.2, 1. 1.2
[3].
:
2
~
2
~
2
~
2
~
,1,
2
1
,
,1,
2
1
,
,,1
,
2
1
,,1
,
2
1
jiji
ji
y
jiji
ji
y
jiji
ji
x
jiji
ji
x
vv
v
uu
u
vv
v
uu
u
(3.30)
.26) và (3.27) :
y
uvvu
x
uuu
t
uu
yxxyxxx
~~
2
(3.31)
y
vvv
x
vuvu
t
vv
yyyxyxy
~~
2
(3.32)
3.2.3.3.2 Điu kin biên
chúng. ,
u v .
. Biên phía
17
u.
ji
u
,
và
1, ji
u
,
N
u
. :
NORTHjijiNORTH
jiji
uuuu
uu
2
2
1,,
1,,
(3.33)
SOUTHiiSOUTH
ii
uuuu
uu
2
2
1,0,
1,0,
(3.34)
EASTjijiEAST
jiji
vvvu
vv
2
2
,1,
,1,
(3.35)
WESTjjWEST
jj
vvvu
vv
2
2
,1,0
,1,0
(3.36)
Điều kiện biên không trượt
0
0
,,,
,,,
SOUTHNORTHEASTWEST
SOUTHNORTHEASTWEST
v
u
(3.37)
Điều kiện trượt tự do
tiêu cùng v:
0
0
00
0,
1,
,1,0
SOUTH
iSOUTH
NORTH
jiNORTH
jiEAST
EAST
jWEST
WEST
v
uu
v
uu
vv
u
vv
u
(3.38)
Điều kiện dòng chảy ra
:
0,
0,
1,
1,
,1
,1
,0
,0
iSOUTH
iSOUTH
jiNORTH
jiNORTH
jiEAST
jiEAST
jWEST
jWEST
vv
uu
vv
uu
vv
uu
vv
uu
(3.39)
Điều kiện dòng chảy vào
18
3.2.3.3.3 Phương trình Poisson
Poisson
gian. Laplace.
.
,
11
11
2
1
121
121
1
1
a
a
h
K
(3.40)
a
11
Dirichlet (
2
11
a
):
2
0
2
1
2
0
0
2
21
2
11
1
2
210
11
00
2
2
2
2
h
g
f
h
uu
h
g
f
h
uu
f
h
guu
f
h
uug
gu
gu
N
NN
N
NNNNN
(3.41)
Neumann (
1
11
a
):
N
NNNNNN
N
NN
N
N
f
h
uuu
f
h
uuu
hguu
hguu
g
h
uu
g
h
uu
g
x
u
g
x
u
2
11
1
2
210
11
120
11
1
02
1
1
2
2
2
2
2
2