TÍNH TRƯỜNG áp SUẤT của CHẤT LỎNG tác ĐỘNG lên tàu lặn NHỎ KHI CHUYỂN ĐỘNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Đỗ Xuân Bình

TÍNH TRƯỜNG ÁP SUẤT CỦA CHẤT LỎNG TÁC
ĐỘNG LÊN TÀU LẶN NHỎ KHI CHUYỂN ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Cơ kỹ thuật

HÀ NỘI - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Đỗ Xuân Bình

TÍNH TRƯỜNG ÁP SUẤT CỦA CHẤT LỎNG TÁC
ĐỘNG LÊN TÀU NHỎ KHI LẶN CHUYỂN ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Cơ kỹ thuật

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Trần Thu Hà

HÀ NỘI - 2016


LỜI C

ủa

N

ợ
a

a

–

a

a

ợ

.

a

ủ
ủa

.

28

Đỗ Xuân Bình

11 ăm 2016


LỜI CA
đ

a
lê tàu lặ

a
ỏk

Đ AN
Tí

o

rườ

p suấ của c ấ lỏ
ủa

c u ể đ

ủa

ợ

.

ợ

a

ủa

a
ủa

.

28

11 ăm 2016

a

a

Đỗ Xuân Bình

c


TÍNH TRƯỜNG ÁP SUẤT CỦA CHẤT LỎNG TÁC ĐỘNG LÊN TÀU
LẶN NHỎ KHI CHUYỂN ĐỘNG
Đỗ Xuân Bình
Khóa QH-2012-I/CQ , Ngành Cơ kỹ

uậ

Tóm tắt Đồ án tốt nghiệp:
ỏ

ằ

a
ỏ
10 15 20 25 30
Từ khóa:

A

ỏ

ủa
ỏ
ANSYS Fluent

ỏ
Y Fluent

a

.
ỏ

a

A

Y Fluent.

5


MỤ LỤ
MỞ ẦU ........................................................................................................... 1
ƯƠ

1

IỚI

IỆU

U
ỏ

1.1.

.................................................................... 5

............................................................................. 5

1.1.1. Giới thiệu chung về ANSYS Fluent [1]................................................ 5
1.2. M
ỏ .................................................................................... 7
1.2.1. Mô ì

o

13

ọc Spalart-Allmaras [1] ............................................. 7
ặ ................................................................................. 10

1.4.K

..................................................................................................... 10

ƯƠ
2
UẤ BẰ

Í

OÁ VÀ XÂY DỰ
MÔ
Ỏ
RƯỜ
Á
Ầ MỀM A Y FLU
................................................. 11

21

.................................................................................... 11

22 X

................................................................................... 12

23 X

Ansys Fluent .................................................... 13

2.3.1 Vẽ ì ................................................................................................ 13
2.3.2 C a lướ ............................................................................................ 17
2.3.3. T ế lập c c
2.4. K
ƯƠ

số c o A SYS Fluent ....................................... 22

................................................................................................... 30
III KẾ

31
32

ô

UẢ Ồ Á ..................................................................... 32
: ........................................................................................ 32

ò

: ................................................................................ 34

KẾ LUẬ ......................................................................................................... 36
ÀI LIỆU

AM K ẢO ................................................................................... 37


DANH
Hình 1.1 – R

ỤC HÌNH NH, ĐỒ THỊ

a

.................................5

Hình 1.2 –

(

a)

( aa

Hình2.1 – V

ặ

Hình 2.2 –
Hình 2.3–

a ổD

M

) ................................................6

é

.........................11

...............................................................................13

a

ẽ

Hình 2.4 – B

.....................................................................14
.............................................................................14

Hình 2.5 – Thân tàu

..........................................................................15

Hình 2.6 – K

ủa

Lines From Sketchs .........................................................16

Hình 2.7 – K

ủa

Pace Split .........................................................................16

Hình 2.8 –

a

Ma

Hình 2.9 –

ợ

Hình 2.10 –

ợ
ợ
a ổD a

Hình 2.13 – K

a

.....................................17

..........................................................................19
a

f M

z

.....................................................................18

a

Hình 2.11 –
Hình 2.12 –

a

Fa

...................................................................19
..........................................................................20

.......................................................................................21

Hình 2.14 –

...........................................................................21

Hình 2.15 – ặ

................................................................................................22

Hình 2.16 – Danh sách tên biên.....................................................................................22
Hình 2.17 –

a ổF

La

Hình 2.18 – L a

.............................................................................23
....................................................................................23

Hình 2.19–

Viscous Model ...........................................................................24

Hình 2.20 –

Fluent Database Materials ........................................................25

Hình 2.21 –

............................................................................................26

Hình 2.22–

I

Hình 2.23 –

O

Hình 2.24 –
Hình 2.25 –
Hình 2.26 –

O

........................................................................................26
....................................................................................27
a

................................................................27
M

..............................................................28
.......................................................................29


Hình 2.27 – K
Hình 2.28 –

a
ò

a

Hình 3.1 Hình 3.2 -

ặ

.............................................................................29
............................................30

ò

32
a ............................................34


Ở ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
a

a

a

ằ
a
Â

B

ò
Ở
a Mỹ Anh...
a

a

a
…
nghi

ủa V
ữ
ủa

ợ

a
ẩ

ữ

ừ
a

ă

ủa

ủ

V a

a

a

ữ
ữ

ẩ

ợ

a

V a

a V

a

ằ
ủ

…
ò

a
a

ừ

ợ

ữ

D

ữ

ừ

ỹ

a

a

a
ữ

ữ

a
ữ
ợ
ổ
ủ

ợ

a
ữ

ợ
ò

a

ỏ

a

ò

ò

ủa

ổ

ẻ

ữa

ỏ
a

ừ
a

ặ
ợ
a

V
ợ
ỏ

ỏ
ặ
ẽ

K

thân tàu
ò

ữ

ủ

a …V
ỏ

é

ợ

a

a a ữ
tính toán áp

V

ẽ ễ
ă

ữ

a

ỏ
ă

ò

ủa

ò
ă

n

V

ằ

ò

a
ữ

ặ [2,tr 3].

1

ỏ
M

ủa


Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
ỏ
ủa

…

ỹ

…

ò
ỏ

ò

ỏ

ò

…K

ỏ

a

ỏ

ẽ

a

ò

a

ò

máy tín

ỏ
ữa M

a

a
ữa
[2,tr 5]
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
ợ
( BL )
1.55m/s(3 ả lí/ ờ)).

ợ ặ

ỏ

Y Fluent là
( é
2.245 m, cao 0.61
a
29 6.1m.

Hình 1: Thi t b lặn h

2

A

ặ
v=
1.08 m.


án này, em t p trung nghiên c u v ph n m m ANSYS Fluent của b
ph n m m ANSYS và s d ng nó tính toán, mô phỏ
ng áp su
ng lên tàu
lặn h khi chuy

ng trong

c v i công c trợ giúp là các tài li u

ng d n của chính ph n m m ANSYS Fluent.
ặ

( BL )

a

ò

:
ặ

a

ặ

BL

ò

a

a
ă

ă

n ng m dùng cho m

ò và quan sát

ặ
ò

BL

n

ợc phân

a :

lo
- Phân lo
-P

t hành AUV: autonomous underwater vehicles
n ng m t hành

n ng m không t hành, theo tàu mẹ
- Phân lo
u khi n
ROV: remotely operated vehicles ợc v n hành từ xa
URV: underwater robotic vehicles n rô b t ng m
UUV: unmanned underwater vehicles n ng
i lái
Nội dung đồ án
3

:

1:

chung
ỏ
ỏ

ỳ

A

2: T

A

ẽ ủa
Y Fluent

Y Fluent

a
ỏ

A

Y Fluent

ỏ

ằ

Fluent
ặ a
: ẽ

ă

a

1
A

ỏ

3

Y Fluent

A

Y


3: K
a a
tàu

ò
A

Y Fluent.

K

4


CHƯ NG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Phần mềm mô phỏng
1.1.1. Giới thiệu chung về ANSYS Fluent [1]
ữ

ANSYS Fluent
A

Y –

ỏ

ẩ

ủa

A

ợ
ữ

ằ

A

a

ò

ữ
Y Fluent

ủ

I

/

ẽ

(w

ủ
M

Y

(state – of – the art)

ANSYS Fluent
ợ
a
ANSYS Fluent

ủa

ẽ ằ

ă

a

ủ

é
)

ẽ

ữ a

ò
a .

é

ă
ữa

a

a

nhau.

ỏ

ANSYS Fluent
(Finite Volume Method – FVM)
-

Mi

a

ữ

:

ợc r i r c hóa thành m t t

nh các ph n t có th tích c

nh (control volumes).

Hình 1.1 – R

a

control volumes

5


moment, nă

ợ

(
ợc gi i trên t p hợ

…

ợng,

n) tổng quát cho kh

ợc r i r c hóa thành m t h th

is .
T tc
l i gi i.

ợc gi i bằ

is

a a
ễ

ANSYS Fluent
ợ
ỗ ợ
hình chóp, hìn
phép

ng

a

2D ( a
a

)

a

ữ
) 3D (

a

ặ

ặ a
é

ANSYS Fluent

a

ằ

ă

a – user defined function (UDF).
ă

ANSYS Fluent

(

a)

ặ
ủa

( aa

) K
y

K
ủa

a

ặ
a

a

h

Hình 1.2 –

ANSYS Fluent
ò
ổ (
a ữ

ă
é

ợ
A Y Fluent

(

a)

a
é

ợ

a

)

6

( aa
ò
ợ

)
ò

a
ợ

ợ
ă


A Y Fluent
(steady – state) ặ
a

ợ

ổ

ổ

ă

a

(transient) L
K

ợ

ợ

a

1.2.

g.

ô hình mô phỏng

1.2.1. Mô hình toán học Spalart-Allmaras [1]
ô hình rối Spalart-Allmaras [1]

a,
K

ò
a

ò

a

a

a

2D

D

Spalart-Allmaras.

aa

Mô hình Spalart-A
ợ
a
ợ
ặ
a

( ỗ

)

M
a

ợ
ợ

ợ

ủa
ò

R

mô hình
ợ
A aa
ủa

a
turbomachinery.

ổ

a

a a -A
ỏ
(

)

A

ợ

Y
h

ủa

a
h

ẹ
ợ

ằ

10-15

a

a

aa

ừ
ẳ

a a -Allmaras
vòng
a

ủa

ủa
ủa
ủa
Fluent, mô hình Spalartỗ
é
V
a
a
ợ ă
ợ
a

ợ

.
aa

Mô hình Spalart-A
ò

ò

ợ
a

ò
a

ợ
ễ

a

ặ

a

ợ

a

ữ

a

ỗ
ò
ủa

ẳ
Spalart-Allmaras
+

=

+ [

]-

7

(2.1)


b, Mô hình hóa Turbulent Viscosity [1]
ợ

Các mô hình hóa Turbulent Viscosity trong ANSYS Fluent
ủa:
ỗ

ợ

:
(2.2)

:
P ươ

-

rì

ảm đ nhớt

:
(2.3)

Và :

x

(2.4)

c, Mô hình Turbulent Production [1]
ợ

, mô hình :
(2.5)

:
(2.6)
và

= 1-

a

và k
ủa
ằ

(2.7)
ằ

ừ

d
aa

A

ặ
aa

A
a

Y F
ủa

:
(2.8)

ỷ

ủa

ợ

:
(2.9)

ằ
a

ặ
X

ò

ằ
ợ
ổ

8

ò
ò

ỷ

ă

ẳ


a

ợ

ợ

A

Y

Fluent.

ợ

ủa

a

ă

a:
S

+

(2.10)

:
2.0,

,

(2.11)

ỷ

ợ

a

=

(2.12)

d, Mô hình Turbulent Destruction [1]

M

ủa

ủ :

(2.13)
:
(2.14)
g=r+

(2.15)

r

(2.16)
,

ằ

và

ổ

ợ

(1) L

a

ằ

a

ẽ

ủa

e, Mô hình Constants [1]
ằ

:

,

,

,

,

9

,

ặ

a

:


(2.17)
=2.0, k= 0.4187
1.3.Giới thiệu về tàu lặn.
Tàu lặn là tàu t hành có các
lặn xu ng và nổi lên nh các
u khi n tính nổi của chính nó không c n vi c cung c
ă
ợng từ
các tàu khác.[2]

1.4.Kết luận
1 ủa

A

10

Y Fluent và mô hình toán


CHƯ NG 2. TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ÁP SUẤT BẰNG PHẦN

Ề

Ô PHỎNG

ANSYS FLUENT

2.1. Giới thiệu bài toán

K
ổ

ủa

.Á

ổ

700
a

V

a

ữ

ợ

ò

.

ừ

ặ

a
ẽ

ủa
a

[3] V

trong
a

ổ

ợ
ặ

ủa

ổ

ủa

ổ
a

ợ

ợ

a
ủa thân tàu.

ợ
ợ

ừ

ỏ

A

Y Fluent

ặ
( é
0.61 m,
29x6.1 m.

a

ỏ
v = 1.55m/s(3 ả lí/ ờ)).
1.080 m
ợ ặ

a

Hình 2.1– V

ặ

11

2.245 m, cao

é


2.2. Xây dựng bài toán

Thi t l p và xác

nh gi i các bài toán tính toán

các

:
 Chi u dài l n nh t: Lmax = 2,245 m
 Chi u r ng l n nh t: Bmax = 1,080 m


ng kính thân hình tr : D = 0,610 m

 Kh

ợng: M1 = 79,4 kg

 L ợng chi

: Δ ≈ 79 4

 Chi u sâu ho

ng: H = 25 m

 V n t c l n nh t: V a ≈ 3
 T m ho

/

: R ≈ 12

 Tính toán áp l c của

c tác d ng lên các ph n k t c u thân tàu t

sâu 25

m
é
ằ

A

A
Y Fluent.

ò
Y Fluent

song song
ỏ

12

K


2.3. Xây dựng mô hình trong Ansys Fluent
2.3.1 Vẽ hình

a, Khởi động Design Modeler
N

Design Modeler. Trong

Design Modeler

Milimeter

ằ

Hình 2.2 –

a ổ Design Modeler

a ẽ
ẳ

ặ

(sketch) cho thân tàu
ặ

XYPlane
ặ

Units > Milimeter.

ẳ

ẳ
XY
Sketching (

ợ

Tree Outline)

ẽ

13

a ổ


a

Hình 2.3–
Rectangle
v
ữ
Vertical trong Dimensions

ẽ
ẽ

Draw
a

ữ

ò

a
X
Horizontal và

a

Hình 2.4 – B
a
-

a

cách nh

ặ

ẳ

ừa

c tiên nh p chu
M
thoát khỏi c a sổ Sketching.
Concepts > Surfaces From Sketch r i ch n biên d ng vừa vẽ bằng
t vào

r i ch n Sketch1.

14


-

K

n ch n Apply trong c a sổ Details View.

-

Cu i cùng ch n

t o mặt phẳng.

Hình 2.5 – Thân tàu
Tạo các miền góc phần tư
a ẽ
ữ

a

a

ặ

ẽ

ẳ

hình
a

V n ch n mặt phẳng XYPlane làm mặt phẳ
thêm 1 biên d ng (sketch) m i.

, nh p chu t vào

t o

Ti p theo m menu Sketching và ch n
Vẽ
ng thẳng xu t phát từ 4 nh của
tàu 2D và kéo dài v các phía trái – ph i, trên –
ngoài cùng của mi
o trên.
Ti p theo vẽ
ng thẳng xu t phát từ
ng bao bên ngoài.

.
ng biên hình chữ nh t của thân
i sao cho chúng c
ng biên

T

Sketch2

Concepts > Lines From Sketchs
Base Objects > Apply a

é
ừa
.

15

c t


Hình 2.6 – K

ủa

Lines From Sketch
ặ

Toll >>Pace Split

ẳ

Target Face >>

apply.

Hình 2.7 – K

ủa

ẽ

Pace Split
a

16

a

a


2.3.2 Chia lưới
a, Thiết lập vẽ mô hình
D

ò

ò

ẳ

(

)

(

a

ữ

)

Mapped Face Meshing
(Structured
Mesh) Ở

a ổ Outline
.
ỏ
ặ

ặ
ẳ

a ổ Details view

Hình 2.8 –

ằ

ợ

K

ặ

ẳ

a

Geometry > Apply.

a

Mapped Face Sizing

Edge Sizing
a ẽ

Edge Sizing

tàu –

a
Mesh Control > Sizing

ằ

ợ
:

17

a

ủa
ữ Ctrl

ẽ thân