Nghiên cứu ảnh hưởng chuyển động của xăng bên trong nhiên liệu đến phân bố tải trọng của sơmi rơ moóc chở xăng khi phanh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA XĂNG
BÊN TRONG BỒN NHIÊN LIỆU ĐẾN PHÂN BỐ TẢI TRỌNG
CỦA SƠMI RƠ-MOÓC CHỞ XĂNG KHI PHANH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 01 năm 2020


i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS. Hồng Đức Thông
Chữ ký:…………………………………………………………………
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. Huỳnh Phước Thiện
Chữ ký:…………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Trần Hữu Nhân
Chữ ký:…………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Đinh Tiến Phúc
Chữ ký:…………………………………………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.

HCM ngày 08 tháng 01 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS. Lê Đình Tuân - Chủ tịch
2. TS. Trần Đăng Long - Thư ký
3. TS. Trần Hữu Nhân - Phản biện 1
4. TS. Đinh Tiến Phúc - Phản biện 2
5. TS. Phạm Tuấn Anh - Ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG


ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ TRUNG HIẾU

MSHV: 1770533

Ngày, tháng, năm sinh: 06/01/1991

Nơi sinh: Tỉnh Kiên Giang

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực

Mã số: 60520116

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA XĂNG
BÊN TRONG BỒN NHIÊN LIỆU ĐẾN PHÂN BỐ TẢI TRỌNG CỦA SƠMI RƠMOÓC CHỞ XĂNG KHI PHANH.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Xây dựng mơ hình mơ phỏng chuyển động của chất lỏng bên trong bồn nhiên
liệu của sơmi rơ-mc.
- Tiến hành mơ phỏng chuyển động của chất lỏng bên trong bồn nhiên liệu của
sơmi rơ-moóc khi phanh với các mơ hình tính tốn phù hợp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc và gia tốc phanh đến phân bố tải trọng của
sơmi rơ-mc trong q trình phanh.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước, số lượng vách ngăn và mực chất lỏng đến
phân bố tải trọng của sơmi rơ-mc trong q trình phanh.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/08/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019
V.CÁN BỘ HD: TS. HỒNG ĐỨC THÔNG - TS. HUỲNH PHƯỚC THIỆN
Tp. HCM, ngày 08 tháng 01 năm 2020
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

Hồng Đức Thông
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2
(Họ tên và chữ ký)

Huỳnh Phước Thiện

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
(Họ tên và chữ ký)


iii

LỜI CẢM ƠN
Trước hết xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Hồng Đức Thông và Thầy Huỳnh
Phước Thiện vì đã tận tình hướng dẫn, khuyến khích và giúp đỡ trong suốt thời gian
thực hiện luận văn. Xin kính chúc Thầy và gia đình ln ln mạnh khỏe, vui tươi và
hạnh phúc.
Xin cảm ơn Bộ phận đào tạo sau đại học khoa Cơ khí động lực trường Đại học Bách
Khoa TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian thực hiện và bảo vệ luận
văn.
Đặc biệt, xin gửi lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân đã khuyến khích, động
viên và tạo điều kiện để tơi hồn thành tốt luận văn.
Cuối cùng xin cảm ơn các anh chị học viên lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí động lực
khóa 2017 đã có nhiều đóng góp ý kiến giúp tơi hồn thành luận văn này.
Dù đã rất cố gắng nhưng nội dung luận văn chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những
thiếu sót. Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của quý thầy, các bạn đồng nghiệp
cũng như những người cùng quan tâm tới đề tài này để nội dung luận văn hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 01 năm 2020
Lê Trung Hiếu

iv

TĨM TẮT
Sự sóng sánh của chất lỏng trong bồn chứa khơng đầy tải có ảnh hưởng rất lớn đến
ổnnđịnh dọc và sự vận hành an tồn của sơmi rơmóc bồn nhiên liệu. Khi xe chuyển
hướng, tăng tốc hoặc phanh, chất lỏng trong bồn có xu hướng dao động. Kết quả là
các lực và mô men thủy động sẽ xuất hiện làm giảm giới hạn ổn định và khả năng
điều khiển của xe. Để hạn chế tác động của dao động sóng sánh, các vách ngăn thường
được thêm vào cấu trúc của bồn. Nội dung chính của luận văn này nghiên cứu ảnh
hưởng chuyển động của xăng bên trong bồn nhiên liệu của sơmi rơ-moóc chở xăng
khi phanh sử dụng phương pháp số sẽ được trình bày. Một mơ hình tính toán số ba
chiều với các cấu trúc khác nhau của vách ngăn được xây dựng phục vụ cho việc mô
phỏng. Mô phỏng được tiến hành cho trường hợp xe được giảm tốc đều theo phương
dọc trục với các mức tải khác nhau trong bồn chở xăng. Việc phân tích kết quả mơ
phỏng cho thấy mơ hình 5 vách ngăn 1 vách chắn sóng và mơ hình 5 vách ngăn 2
vách chắn sóng là mơ hình bồn chứa thích hợp để chống lại sự sóng sánh theo phương
dọc trong bồn chứa được khảo sát. Khi tăng vận tốc và gia tốc phanh, sự thay đổi khối
lượng chất lỏng tác dụng lên chốt kéo ln giảm khi thể tích chất lỏng tăng: Ở mực
chất lỏng 50%, sự sánh của chất lỏng lớn nhất, sự sóng sánh giảm khi mực chất lỏng
70%, và ổn định nhất khi mực chất lỏng 90%. Tăng chiều cao vách chắn sóng và số
lượng vách chắn sóng làm giảm sự sóng sánh của chất lỏng trong bồn nhiên liệu. Tuy
nhiên, việc tăng chiều cao vách chắn sóng ngăn cản sự sóng sánh của chất lỏng trong
bồn nhiên liệu tốt hơn việc tăng số lượng vách.


v

ABSTRACT
Sloshing of liquid in partially filled fuel tanker vehicles has a strong effect on the
directional stability and safety performance. Under the maneuver of the vehicle, such

as steering, braking or accelerating, the liquid fuel in the tanker tends to oscillate. As
a result, hydrodynamic forces and moments raise. It leads to reduce the stability limit
and the controllability of the vehicle. To minimize the effect of sloshing, the baffles
are usually added to the tanker. The main content of this thesis is Study of the impact
of gasoline inside a partly filled tank to weight distribution of petrol trailer when
braking using the computational fluid dynamics (CFD) approach. Three dimensional
of a fluid dynamic model of a typical tanker with different baffle configuration is
developed. Simulations are performed for the cases of constant acceleration
longitudinal maneuvers with different levels of fuel. The post-processing results show
that the baffles could provide resistance again the fluid sloshing, resulting in an
improvement of the longitudinal stability of the tanker semi-trailer. The results also
prove that the model of 5 baffles with 1 wave baffle and the model of 5 baffles with
2 wav3 baffles is a suitable tank model to prevent the longitudinal sloshing in the
surveyed tanks. As the acceleration and braking acceleration increase, the change in
the amount of fluid acting on the kingpin always decreases as the volume of the fluid
increases: At 50% liquid level, the sloshing of the largest fluid, the matching wave
decreases when the liquid level is 70%, and most stable when the liquid level is 90%.
Increasing the height of the wave baffle and the number wave bafflereduces the
turbulence of the liquid in the fuel tank. However, increasing the height of the wave
baffle prevents the sloshing of liquid in the fuel tank better than increasing the number
of wave baffle.


vi

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi thực hiện dưới sự hướng
dẫn khoa học của TS. Hồng Đức Thông và TS. Huỳnh Phước Thiện. Các số liệu và
kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình khoa học nào khác.

Tp. HCM, ngày 08 tháng 01 năm 2020

Lê Trung Hiếu


vii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iv
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... xiv
DANH MỤC KÝ HIỆU ............................................................................................xv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. xvii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.........................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ........................................................... 1
1.2.1 Nghiên cứu trong nước ................................................................................1
1.2.2 Nghiên cứu trên thế giới ..............................................................................2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu:.................................................................................3
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: ....................................................................................4
1.4. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................. 4
1.5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 5
1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................. 5
1.6.1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................5
1.6.2. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................6
1.6.3. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................7
1.7. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................8
2.1 Phương pháp số ..................................................................................................... 9


viii

2.2 Phương pháp sai phân hữu hạn ........................................................................... 12
2.3 Phương pháp thể tích hữu hạn............................................................................. 13
2.4 Ứng xử của chất lỏng .......................................................................................... 15
2.4.1 Mực chất lỏng ............................................................................................16
2.4.2 Kích thích bên ngồi..................................................................................17
2.4.3 Hình dạng xi-téc ........................................................................................17
2.5. Xây dựng phương trình tính tốn ....................................................................... 18
2.5.1. Phương trình đại diện ...............................................................................18
2.5.1.1. Phương trình liên tục..........................................................................18
2.5.1.2. Phương trình navier – stockes (Phương trình động lượng) ...............18
2.5.2. Phương trình đại diện nhiều pha ..............................................................19
2.5.2.1. Bảo tồn động lượng ..........................................................................19
2.5.2.2. Mơ hình thể tích chất lỏng (VOF)......................................................20
2.5.2.3. Sự phân chia thể tích ..........................................................................20
2.5.2.4. Động học lực dao động bề mặt ..........................................................21
2.5.2.5. Momen sóng sánh ..............................................................................22
2.5.2.6. Mơ hình rối ........................................................................................22
2.6. Phân tích tính tốn .............................................................................................. 22
2.6.1. Giới thiệu và nền tảng ..............................................................................22
3.6.2. Tính tốn động học chất lỏng ...................................................................23
2.7. Kết luận .............................................................................................................. 24
CHƯƠNG 3: TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG TÍNH TỐN ..........................................26
3.1. Thơng số tính tốn .............................................................................................. 26
3.1.1. Trọng lượng, tải trọng của SMRM và Xi-téc ...........................................26

3.1.2. Xác định tọa độ trọng tâm ........................................................................27


ix

3.1.2.1. Tọa độ trọng tâm SMRM và xi téc theo chiều dọc ............................27
3.1.2.2. Trọng tâm đoàn xe theo phương thẳng đứng .....................................28
3.2. Mơ hình mơ phỏng ............................................................................................. 29
3.2.1. Mơ hình số ................................................................................................29
3.2.2. Phương pháp mô phỏng............................................................................31
3.2.3. Hậu xử lý kết quả mơ phỏng ....................................................................36
Chương 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG .........................................................................38
4.1. Ổn định tĩnh........................................................................................................ 38
4.2. Ổn định động ...................................................................................................... 38
4.2.1. Ảnh hưởng của các trường hợp vách ngăn và vách chắn sóng ................40
4.2.1.1 Xét trường hợp vận tốc v = 40km, gia tốc a = 3 m/s2 .........................43
4.2.1.2 Xét trường hợp vận tốc v = 40km, gia tốc a = 5m/s2 ..........................46
4.2.1.3 Xét trường hợp vận tốc v = 60km, gia tốc a = 3m/s2 ..........................48
4.2.1.4 Xét trường hợp vận tốc v = 60km, gia tốc a = 5m/s2 ..........................50
4.2.1.5 Xét trường hợp vận tốc v = 80km, gia tốc a = 3m/s2 ..........................52
4.2.1.6 Xét trường hợp vận tốc v = 80km, gia tốc a = 5m/s2 ..........................55
4.2.2. Ảnh hưởng của vận tốc phanh ..................................................................57
4.2.3. Ảnh hưởng của gia tốc phanh ...................................................................58
4.2.4. Ảnh hưởng của số lượng và chiều cao vách chắn sóng ...........................61
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI............................63
5.1 Kết luận ............................................................................................................... 63
5.2 Hướng phát triển đề tài........................................................................................ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................65
Phụ lục A: Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B1b30P, 5B1b30P trong điều kiện v = 40km, a = 3 m/s2. ...........................67

x

Phụ lục B: Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên cầu sau theo vận tốc và mực chất
lỏng ............................................................................................................................68
Phụ lục C: Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau theo vận tốc và mực chất lỏng
với gia tốc a = 3. ........................................................................................................69


xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Đối tượng nghiên cứu .................................................................................3
Hình 2.2: Mơ hình VOF ............................................................................................21
Hình 3.1: Sơ đồ xác định phân bố tải trọng lên SMRM và xi-téc ............................26
Hình 3.2: Mơ hình bồn chứa với năm vách ngăn. .....................................................30
Hình 3.3: Hình dạng vách chắn sóng có chiều cao vách 40% (a) và 50% (b). .........30
Hình 3.4: Gia tốc kích thích theo phương dọc trục ...................................................31
Hình 3.5: Quy trình mơ phỏng và hậu xử lý kết quả ................................................32
Hình 3.6: Khung lưới của mơ hình 5 vách ngăn, 5 vách chắn sóng với chiều cao vách
30%............................................................................................................................33
Hình 3.7: Mơ phỏng với mơ hình k – ℇ ...................................................................34
Hình 3.8: Mơ phỏng với mơ hình SST .....................................................................34
Hình 4.1. Các trường hợp vách ngăn, vận tốc và gia tốc mơ phỏng .........................40
Hình 4.2. Tỷ lệ thể tích của xăng trên mơ hình 0B5b40P ở điều kiện vận tốc v =
40km/h, gia tốc a = 3m/s2, mực chất lỏng 70%. .......................................................41
Hình 4.3. Tỷ lệ thể tích của xăng trên mơ hình 5B0b ở điều kiện vận tốc v = 40km/h,
gia tốc a = 3m/s2, mực chất lỏng 70%. ......................................................................41
Hình 4.4. Tỷ lệ thể tích của xăng trên mơ hình 5B6b30P ở điều kiện vận tốc v =

40km/h, gia tốc a = 3m/s2, mực chất lỏng 70%. .......................................................42
Hình 4.5. Tỷ lệ thể tích của xăng trên mơ hình 5B12b30P ở điều kiện vận tốc v =
40km/h, gia tốc a = 3m/s2, mực chất lỏng 70%. .......................................................42
Hình 4.6. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B1b30P, 5B1b30P trong điều kiện v = 40km, a = 3 m/s2. ...........................44


xii

Hình 4.7. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 40km, a = 3 m/s2. .........................44
Hình 4.8. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 40km, a = 5 m/s2. .........................46
Hình 4.9. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 40km, a = 5 m/s2. .........................47
Hình 4.10. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 60km, a = 3m/s2. ..........................48
Hình 4.11. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 60km, a = 3m/s2. ..........................49
Hình 4.12. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 60km, a = 5 m/s2. .........................51
Hình 4.13. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 60km, a = 5m/s2. ..........................51
Hình 4.14. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 60km, a = 5 m/s2. .........................53
Hình 4.15. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 80km, a = 3m/s2. ..........................54
Hình 4.16. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,
5B0b, 5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 80km, a = 5 m/s2. .........................55
Hình 4.17. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 0B5b40P,

5B0b, 5B1b30P, 5B1b30P trong điều kiện v = 80km, a = 5m/s2. ............................56
Hình 4.18. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 5B6b30P,
5B12b30P trong điều kiện v = 40km, 60km, 80km, a = 3m/s2. ................................57
Hình 4.19. Sự thay đổi tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 5B6b30P,
5B12b30P trong điều kiện v = 40km, 60km, 80km, a = 3m/s2. ................................57


xiii

Hình 4.20. Sự thay đổi tải trọng ng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp
5B6b30P, 5B12b30P trong điều kiện v = 40km, 60km, 80km, a = 3m/s2. ...............59
Hình 4.21. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo ở các trường hợp 5B6b30P,
5B12b30P trong điều kiện v = 40km, 60km, 80km, a = 5m/s2. ................................60
Hình 4.22. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt với chiều cao vách: 30%, 40%,
50% trong điều kiện a=3m/s2, v=40km. ....................................................................61


xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Phân bố tải trọng lên SMRM .................................................................... 26
Bảng 3.2: Kết quả tính tốn: ..................................................................................... 27
Bảng 3.3: Thơng số tính tốn trọng tâm.................................................................... 27
Bảng 3.4: Thơng số tính tốn chiều cao trọng tâm ................................................... 28
Bảng 3.5. Thông số chi tiết của lưới cho trường hợp 5 vách ngăn, 5 vách chắn
sóng ........................................................................................................................... 33
Bảng 3.6. Thời gian mơ phỏng của mơ hình rối SST và mơ hình k – ℇ .................. 34
Bảng 3.7. Chi tiết của chương trình giải và thơng số thiết lập .................................. 35
Bảng 4.1. Tải trên chốt kéo và cầu sau ở các mức tải khác nhau của xăng trong bồn
chứa ........................................................................................................................... 38

Bảng 4.2. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo với v = 40km, a=3 m/s2 ....... 43
Bảng 4.3. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo v = 40km, a=5 m/s2.............. 46
Bảng 4.4. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo với v = 60km, a = 3m/s2. ..... 48
Bảng 4.5. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo với v = 60km, a = 5m/s2. ..... 50
Bảng 4.6. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo với v = 60km, a = 5m/s2. ..... 53
Bảng 4.7. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo với vận tốc: 80km, gia tốc: 5
m/s2. ........................................................................................................................... 55
Bảng 4.8. Sự thay tải trọng (%) tác dụng lên chốt kéo theo vận tốc và mực chất lỏng.
................................................................................................................................... 57
Bảng 4.9. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo theo vận tốc và mực chất
lỏng. ........................................................................................................................... 57
Bảng 4.10. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo theo vận tốc và mực chất
lỏng với gia tốc a = 3. ................................................................................................ 58
Bảng 4.11. Sự thay đổi tải trọng (kg) tác dụng lên chốt kéo theo vận tốc và mực chất
lỏng với gia tốc a = 5. ................................................................................................ 59
Bảng 4.12. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo theo chiều cao vách chắn sóng
ở mơ hình 5B6b30P................................................................................................... 61
Bảng 4.13. Sự thay đổi tải trọng tác dụng lên chốt kéo theo chiều cao vách chắn sóng
ở mơ hình 5B12b30P................................................................................................. 61


xv

DANH MỤC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

a/b

mm

a0/b0

mm

av

m/s2

Gia tốc phanh

B02

mm

Vết bánh xe ngồi phía sau của SMRM

B2

mm

Chiều rộng bao của SMRM

G

kG

Trọng lượng toàn bộ của SMRM

G

kg

Trọng lượng toàn bộ SMRM và Xi téc

g

m/s2

Gia tốc trọng trường

G0

kG

Trọng lượng bản thân

Gi

kg

Trọng lượng các thành phần

HG

mm

Chiều cao trọng tâm SMRM và Xi-téc thiết kế

HG

mm

Chiều cao trọng tâm SMRM khi đầy tải

HG0

mm

Chiều cao trọng tâm SMRM khi không tải

HGi

mm

Chiều cao tâm các thành phần trọng lượng

jy

mm

L0

mm

Rmin

m

Ý nghĩa
Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm SMRM và xi téc
khi đầy tải đến đường tâm trục bánh xe trước/sau
Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm SMRM và xi téc
khi không tải đến đường tâm trục bánh xe trước/sau.

Hệ số bám giữa mặt đường và bánh xe trong mặt
phẳng ngang
Chiều dài cơ sở của SMRM
Bán kính quay vịng nhỏ nhất của đồn xe khi quay
vịng ngặt


xvi

v

m/s

Vận tốc phanh

Vc

m3

Thể tích của mỗi ơ tính của lưới

vof(c)gas

Tỷ lệ thể tích của chất lỏng trong mỗi ơ

Z01

kG

Trọng lượng bản thân trục trước (chốt kéo)

Z02

kG

Trọng lượng bản thân trục sau (trục 2 SMRM)

Z1

kG

Trọng lượng toàn bộ của SMRM trên trục trước

Z2

kG

Trọng lượng toàn bộ của SMRM trên trục sau


xvii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BEM

Boundary Element Methods

CFD

Computational Fluid Dynamics

FDM

Finite diference methods

FEM

Finite Element Methods

KHTK

Khoa học kỹ thuật

SMRM

Sơmi rơ - moóc

VOF

Volume Of Fluid


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay, vấn đề an tồn khi vận hành xe tải nói chung và xe chuyên dùng nói riêng
đang được mọi người rất quan tâm, đặc biệt là sơmi rơ-moóc chở xăng. Khi sơmi rơmoóc chở xăng chuyển động trên đường đang chở nhiên liệu trong xi-téc, tùy thuộc
vào khối lượng hay thể tích nhiên liệu chứa trong xi-téc mà mức độ ổn định của xe
sẽ khác nhau và mức độ an toàn của xe cũng khác nhau.
Động học của chất lỏng chứa bên trong xi-téc sẽ làm giảm khả năng ổn định của sơmi
rơ-mc chở xăng. Vì vậy, thiết kế và sản xuất xi-téc như thế nào để đảm bảo tính ổn
định của sơmi rơ-moóc chở xăng là vấn đề cần được quan tâm đúng mức, và cần được
giải quyết. Độ lớn của các va đập bên trong xi-téc phụ thuộc rất lớn đến hình dạng và
số lượng vách ngăn bên trong xi-téc chứa. Các vách ngăn nếu được lắp đặt đúng sẽ
triệt tiêu được các va đập của chất lỏng khi xe chuyển động, phanh và quay vòng. Đề
tài nghiên cứu này tập trung phân tích các va đập của chất lỏng bên trong xi-téc tương
ứng với từng trường hợp cụ thể của các vách ngăn.
Dựa vào phương trình Navier-Stokes kết hợp với phương pháp mô phỏng sử dụng
phần mềm Ansys Fluent để chúng ta có thể phân tích được xu hướng chuyển động
của chất lỏng cũng như tầm ảnh hưởng của từng kiểu vách ngăn khác nhau đến việc
triệt tiêu va đập sinh ra bởi chất lỏng khi xe chuyển động, phanh và quay vịng.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
1.2.1 Nghiên cứu trong nước
Ngành cơng nghiệp ô tô Việt Nam đang trong quá trình hình thành và phát triển, dần
trở thành ngành công nghiệp hàng đầu của đất nước. Đặc biệt là ô tô chuyên dùng nói
chung và xe xi-téc nói riêng đang ngày càng phát triển. Tuy nhiên, các đề tài nghiên
cứu trong nước chỉ tập trung vào mảng thiết kế xe xi-téc. Gần đây, một số đề tài tập
trung vào hướng nghiên cứu nâng cao tính năng động lực học của xe xi-téc.
Đề tài Luận văn Thạc sỹ “NGHIÊN CỨU TỐI ƯU VÁCH NGĂN XI-TÉC ĐỂ
NÂNG CAO TÍNH NĂNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SOWMI RƠ-MOÓC CHỞ


2

XĂNG” của tác giả Trần Minh Tài thực hiện tại trường đại học Bách Khoa TpHCM
[1]. Tác giả đã đánh giá được sự ảnh hưởng của dao động gây ra bởi chất lỏng trong
xi-téc đến sự ổn định của sơmi rơ-moóc khi chuyển động thẳng tiến theo phương dọc
trên đường. Trình bày các mơ hình tính tốn mà Ansys Fluent có để đánh giá, phân
tích các tính năng động lực học của sơmi rơ-mc chở xăng. Tiến hành mơ phỏng
động lực học sơmi rơ-mc chở xăng với các mơ hình tính tốn phù hợp. Từ đó phân
tích các kết quả tính tốn mơ phỏng và lựa chọn kết cấu vách ngăn xi-téc phù hợp.
Tuy nhiên, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng dao động gây ra bởi chất lỏng
trong xi-téc đến sự ổn định của sơmi rơ-moóc khi chuyển động thẳng tiến theo
phương dọc trên đường.
1.2.2 Nghiên cứu trên thế giới
Từ lâu, trên thế giới người ta đã nghiên cứu nâng cao tính năng động lực học của xe
xi-téc. Các đề tài chủ yếu tập trung nghiên cứu về ứng xử của chất lỏng chứa bên
trong xi-téc, cụ thể như: ảnh hưởng của mực chất lỏng đến chuyển động của xi-téc,
hình dạng và kích thước của xi-téc hay phương pháp giảm dao động của chất lỏng
trong xi-téc.
Đề tài "Impact of liquid load shift on the braking characteristics of partially filled
tank vehicles" [2] của tác giả Ranganathan, R. và Yang, Y. năm 1996 nghiên cứu ảnh
hưởng của sự thay đổi chất lỏng bên trong bồn chứa một phần nhiên liệu. Sự thay đổi
chất lỏng xảy ra trong mặt phẳng dọc của xe trong quá trình phanh được đặc trưng
bằng cách sử dụng sự thay đổi độ dốc của bề mặt tự do của chất lỏng và sự dịch
chuyển tương ứng ở trọng tâm của khối chất lỏng. Sự thay đổi tải trọng trên các trục
khác nhau của xe trong q trình vận hành sau đó được tính tốn để phân tích hành
vi của q trình phanh.
Đề tài "Optimal tank design and directional dynamic analysis of liquid cargo vehicles
under steering and braking" [3] của tác giả Kang, X. D. năm 2001 nghiên cứu tối ưu
thiết kế và phân tích động lực học của xe chở nhiên liệu trong trường hợp lái và phanh.
Từ nghiên cứu, tác kết luận rằng chuyển động của chất lỏng chứa trong bồn nhiên
liệu có xu hướng giảm giới hạn ổn định dọc và giới hạn ổn định ngang của xe, khi

3

vận hành trên đường khô và đường ướt, trơn trượt, tương ứng. Các giới hạn hiệu suất
có thể được tăng cường đáng kể thông qua việc sử dụng các thiết kế tối ưu được đề
xuất.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi giới hạn về thời gian, nguồn lực và yêu cầu của luận văn thạc sĩ, đề
tài này chỉ giới hạn nghiên cứu như sau:
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là mơ hình bồn chứa nhiên liệu với các vách
ngăn và vách chắn sóng được xây dựng dựa trên xi téc: G43-BX40

Hình 1.1: Đối tượng nghiên cứu
GHI CHÚ KỸ THUẬT:
-

Xi-téc thiết kế có mặt cắt ngang là hình elip (2500x1960 mm) và có chiều dài
là 10600 mm.

-

Tồn bộ vật liệu chế tạo xi téc là SS400. Xi-téc có chiều dày vỏ thân, mặt đầu
và vách ngăn là 4 mm. Thân xi-téc phải được hàn bền chắc, kín. Mặt ngồi phải


4

được sơn bảo vệ. Kích thước khơng vượt q giới hạn cho phép quy định trong

an tồn giao thơng.
-

Chiều cao mối hàn = 5 (mm), bảo đảm chắc chắn, ngấu đều.

-

Làm sạch các bề mặt trước khi hàn.

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu:
-

Tìm hiểu về sơmi rơ-mc chở xăng G43-BX40.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc và gia tốc phanh đến phân bố tải trọng của
sơmi rơ-moóc.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước, số lượng vách ngăn và vách chắn sóng
đến phân bố tải trọng của sơmi rơ-mc trong q trình phanh.

-

Tìm hiểu ứng dụng phần mềm Ansys Fluent trong việc nghiên cứu ứng xử của
nhiên liệu bên trong bồn chứa của sơmi rơ-mc trong q trình phanh.

-

Ứng dụng phần mềm Ansys Fluent, tiến hành mơ phỏng, đánh giá, phân tích
các tính ổn định của sơmi rơ-mc trong q trình phanh.

1.4. Mục tiêu nghiên cứu
Ở nước ta số lượng xe chuyên dùng nói chung và sơmi rơ-moóc chở xăng nói riêng
đang vận hành rất nhiều và trong tương lai càng phát triển mạnh hơn. Tuy nhiên tất
cả các xe này chỉ dựa trên kinh nghiệm thực tiễn để phát triển các loại xi-téc dùng
trong từng lĩnh vực khác nhau. Điều này dẫn đến các rủi ro trong quá trình vận hành
và khó khăn trong q trình sửa chữa, cải tạo xi-téc.
Vì vậy, trong phạm vi luận văn này sẽ giải quyết vấn đề cơ sở lý thuyết cho các loại
xe chuyên dùng trong đó có sơmi rơ-moóc chở xăng. Chúng ta sẽ tập trung giải quyết
vấn đề giảm và dập tắt các va đập gây ra bởi chất lỏng trong xi-téc chứa khi xe vận
chuyển trên đường trong q trình phanh.
Thơng qua phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Ansys Fluent, chúng ta sẽ có
các kết quả từ các mơ phỏng tương ứng với các điều kiện ban đầu. Từ các kết quả
trên chúng ta sẽ biết được phân bố tải trọng trên xe và đánh giá tính ổn định của xe
khi phanh.


5

1.5. Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc và gia tốc phanh đến phân bố tải trọng của
sơmi rơ-mc trong q trình phanh.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước, số lượng vách ngăn và vách chắn sóng
đến phân bố tải trọng của sơmi rơ-mc trong q trình phanh.

-

Trình bày các mơ hình tính tốn mà Ansys Fluent có để đánh giá, phân tích các
tính năng động lực học của sơmi rơ-mc chở xăng trong q trình phanh.

-

Tiến hành mô phỏng chuyển động của chất lỏng bên trong bồn nhiên liệu của
sơmi rơ-mc khi phanh với các mơ hình tính tốn phù hợp.

-

Phân tích các kết quả tính tốn mơ phỏng từ đó đánh giá tính ổn định của xe khi
phanh.

1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.6.1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong sơmi rơ-moóc chở xăng, dù chỉ một chuyển động nhỏ của xe cũng làm cho bề
mặt chất lỏng bên trong xi-téc có những chuyển động, va đập lớn. Vấn đề này thường
thấy trong xe chở xăng, dầu, các xi-téc chứa nhiên liệu của máy bay, tàu thủy. Trong
sơmi rơ-moóc chở xăng, khi chở một phần chất lỏng trong xi-téc thì động năng đáng
kể chuyển tải từ mặt phẳng chuyển động lắc qua mặt phẳng chuyển động lên xuống
của xe. Việc chuyển tải động năng khi xe chuyển động ảnh hưởng rất lớn đến các xe
xi-téc hạng nặng. Độ lớn của các chuyển động trong xi-téc phụ thuộc nhiều yếu tố
liên quan đến kết cấu xe, thiết kế của xi-téc chứa và kiểu chuyển động của xe. Độ lớn
của các chuyển động trong xi-téc có thể được gây ra bởi xe khi phanh, quay vòng hay
chuyển làn đường. Một đánh giá về tai nạn xe cộ ở Mỹ và Canada tiết lộ rằng xe tải

nặng chiếm 28%, xe khách chiếm 19%. Tai nạn trên xa lộ liên quan đến các xe hạng
nặng là nguyên nhân đáng kể về thiệt hại tài sản, tính mạng con người và thiệt hại về
mơi trường khi hóa chất dễ cháy, độc hại. Nghiên cứu của Ranganathan [2] cũng cho
biết có hơn 15000 xe tải thương mại mỗi năm ở Mỹ và khoảng 62,67% xe xi-téc semi.
Tính chất ổn định của xe xi-téc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như là hình dạng của xitéc chứa, tọa độ trọng tâm, mực chất lỏng chứa trong xi-téc, thiết kế để giảm va đập


6

của chất lỏng trong xi-téc … Phần lớn các nghiên cứu đã tập trung vào tính ổn định
của xe xi-téc khi chất lỏng trong xi-téc chưa điền đầy, trong khi chỉ có một vài báo
cáo về sự thay đổi tải trọng khi phanh và trong q trình quay vịng. Những nghiên
cứu này chủ yếu dựa trên các giải pháp tĩnh kineto của chất lỏng không nhớt, nghiên
cứu này không đặc trưng cho các lực và moment gây ra bởi các chuyển động của chất
lỏng. Hơn nữa, nó cũng khơng đánh giá được tác dụng của các vách ngăn trong việc
dập các dao động của chất lỏng trong xi-téc.
Các vách ngăn trong xe xi-téc có tác dụng hạn chế việc chuyển tải lực dọc khi phanh
và khi vừa phanh vừa quay vòng. Hiệu quả phanh sẽ cao khi sử dụng các vách ngăn.
Chỉ có một số ít nghiên cứu đã cố gắng để nghiên cứu hiệu quả của các thiết bị chống
va đập của chất lỏng trong xi-téc dưới tác dụng của các lực và moment. Hiệu quả của
các vách ngăn phụ thuộc vào việc thiết kế kiểu vách ngăn như thế nào, số lượng vách
ngăn và vị trí vách ngăn trong xi-téc. Các ảnh hưởng của các yếu tố như động lực học
của chất lỏng trong xi-téc chứa và moment, tuy nhiên vẫn chưa được nghiên cứu.
Điều này một phần là do sự phức tạp liên quan đến mơ hình tính tốn CFD với chất
lỏng phi tuyến. Những năm gần đây phương pháp CFD được sử dụng để nghiên cứu
sự chuyển động của chất lỏng trong xi-téc khi chưa được điền đầy. Trong khi một số
mơ hình CFD hai và ba chiều nghiên cứu về tác động của chuyển động chất lỏng
trong xi-téc, chỉ có hai nghiên cứu đã khám phá vai trò của vách ngăn.
Luận văn này nghiên cứu tập trung vào việc phân tích cách ứng xử của chất lỏng
trong xi-téc với các thiết kế khác nhau của vách ngăn. Một mơ hình ba chiều của một

chiếc xe xi-téc khi chưa điền đầy chất lỏng trong xi-téc được xây dựng để nghiên cứu
trạng thái ổn định của xe cũng như lực dọc và moment khi xe phanh. Các mơ hình
chuyển động của chất lỏng được xây dựng cho các thiết kế và bố trí khác nhau của
vách ngăn.
1.6.2. Ý nghĩa khoa học
-

Vận dụng phần mềm số vào nghiên cứu khoa học.

-

Từ những thông số ban đầu thông qua chương trình mơ phỏng đánh giá được
tính ổn định của sơmi rơ-moóc chở xăng khi phanh.


7

-

Phân tích kết quả cho biết sự ảnh hưởng các thông số vận tốc và gia tốc phanh
ảnh hưởng như thế nào tới tính ổn định của sơmi rơ-mc chở xăng, qua đó điều
chỉnh cho hợp lý, cung cấp thơng tin cho việc thiết kế kỹ thuật.

1.6.3. Ý nghĩa thực tiễn
-

Đánh giá được sự phân bố tải trọng của sơmi rơ-moóc chở xăng khi phanh, là
cơ sở để đánh giá những sản phẩm tương tự trên thị trường.

-

Cung cấp những thông tin cần thiết như về phân bố tải trọng của sơmi rơ-moóc
chở xăng khi phanh, cũng là cơ sở để đánh giá hiệu quả sử dụng và chế tạo sơmi
rơ-moóc chở xăng.

1.7. Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp kế thừa: Sử dụng những mơ hình phân tích đã tích hợp sẵn trong
phần mềm. Tìm hiều những thơng số cần thiết để tạo mơ hình mới dựa trên cái
đã có.

-

Phương pháp chuyên gia: Tham khảo và học hỏi những người đã có kinh nghiệm
trong tính tốn và mơ phỏng trong lĩnh vực này.

-

Phương pháp mô phỏng: dùng phần mềm Ansys Fluent để mơ hình hóa và mơ
phỏng xe dựa vào những thơng số đầu vào của mơ hình thực tế, cũng như các xe
tham khảo để so sánh đánh giá.