MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.. 1
LỜI CẢM ƠN.. i
DANH MỤC HÌNH ẢNH.. iv
DANH MỤC KÝ HIỆU.. viii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN.. 1
1.1 Khái niệm khí động lực học. 2
1.2 Phân loại khí động lực học. 3
1.3 Tác động khí động lực học đến hình dáng của ô tô. 3
1.4 Lịch sử thiết kế phát triển khí động lực học ô tô. 5
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC.. 12
2.1 Các thông số đặc trưng. 12
2.2 Cấu trúc vỏ xe và sự hình thành các vùng xoáy thấp áp. 15
2.3 Nghiên cứu khí động học ô tô. 21
2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 21
2.3.2 Phương pháp thực nghiệm.. 23
2.4 Cơ sở lý thuyết khí động học. 25
2.4.1 Các phương trình cơ bản. 25
2.4.2 Mô phỏng độ nhớt động học. 26
2.4.2.1 Các công cụ toán học và ký hiệu quy ước. 26
2.4.2.2 Các phương trình mô phỏng. 26
2.4.3 Mô phỏng dòng chảy rối 28
2.4.3.1 Mô phỏng trực tiếp (DNS). 29
2.4.3.2 Mô hình dòng rối 29
2.4.3.3 Các mô hình dòng chảy rối 29
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHÍ ĐỘNG HỌC TRÊN CATIA.. 32
3.1 Giới thiệu về CATIA.. 32
3.2 Dựng mô hình 3D trên phần mềm CATIA.. 36
CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS WORKBECH FLUENT MÔ PHỎNG KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC.. 43
4.1 Giới thiệu chung về ANSYS WORKBECH FLUENT.. 43
4.2 Mô phỏng khí động lực trên ANSYS Fluent. 45
4.2.1 Tạo vùng không gian. 45
4.2.2 Chia lưới 49
4.2.3 Các giả thuyết và giới hạn của bài toán mô phỏng. 54
4.2.4 Đặt các điều kiện biên bài toán. 54
4.2.5 Kết quả tính toán khí động lực học của xe. 57
KẾT LUẬN.. 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 65
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế mũi nhọn đòi hỏi yêu cầu luân chuyển hàng hóa với khối lượng lớn. Tính cơ động cao, tính việt dã và khả năng hoạt động trong các môi trường thời tiết khác nhau đã tạo cho ô tô trở thành một trong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở hành khách và hàng hóa.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành chế tạo ô tô nói chung đã đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc. Ô tô ngày nay đã được cải thiện về mọi mặt, tải trọng vận chuyển tăng lên, tốc độ ngày càng cao, tính kinh tế và độ bền cao…
Đồ án lần này em được giao với đề tài: “Tính toán và mô phỏng vỏ xe ô tô bằng phần mềm chuyên dụng”.
Ở nước ta hiện nay vấn đề đi lại và vận chuyển một cách nhanh chóng và đơn giản là một vấn đề cần thiết. Trong đó ô tô là một trong những phương tiện di chuyển và vận chuyển thông dụng nhất trên đường bộ đáp ứng được các như cầu như khối lượng, tốc độ, tính kinh tế và độ bền. Vì vậy nhiệm vụ mô phỏng cũng như ứng dụng CAE trong khí động học trên ô tô là cần thiết
Trong quá trình làm đồ án do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án khó có thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè.
Em xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với thầy, cô giáo hướng dẫn : Th.S …………, cùng toàn thể các thầy cô trong khoa cơ khí – Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội đã tận tình hướng dẫn em đồ án này.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20….
Sinh viên thực hiện
.......................
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Khái niệm khí động lực học
Khí động lực học là môn khoa học nguyên cứu dòng chảy chất khí. Nó được nghiên cứu lần đầu tiên bởi George Cayley vào thập niên 1800. Khí động lực học giúp ta tính toán về tính chất khác nhau của dòng khí như mật độ, áp suất, vận tốc.
1.2 Phân loại khí động lực học
- Phân loại theo môi trường dòng chảy:
+ Khí động lực học ngoại biên là ngành nghiên cứu dòng chảy xung quanh vật rắn. Môn này có các ứng dụng như tính toán lực nâng lên cánh máy bay, lực hãm tạo nên ở mũi tên lửa
+ Khí động học nội biên nghiên cứu về dòng khí qua các động cơ phản lực hay qua các ống của máy điều hòa
- Phân loại theo tỉ số vận tốc của dòng chảy so với vận tốc âm thanh
+ Được xem là dưới âm tốc nếu các vận tốc đều nhỏ hơn vận tốc âm thanh
+ Siêu thanh nếu vận tốc lớn hơn vận tốc âm thanh
1.3 Tác động khí động lực học đến hình dáng của ô tô
- Về mặt thẩm mỹ:
Những thiết kế bên ngoài tạo dáng vẻ duyên dáng, lịch lãm và cá tính mạnh mẽ của chiếc ô tô. Trên thực tế, thử nghiệm và đúc rút kinh nghiệm cho thấy hình dáng của chim khi đang bơi trong nước là hình dạng tối ưu nhất với hệ số cản khí động lực học và đạt giá trị thẩm mỹ được nhiều người ưa chuộng.
- Về mặt chất lượng động lực học
Ngoài những lúc giông bão, còn lại phần lớn vận tốc gió nhỏ hơn nhiều so với vận tốc chuyển động của ô tô.
Thành phần có phương vuông góc với bề mặt đường sẽ tạo lực nâng xe nếu hướng của lực lên phía trên. Điều này làm giảm khả năng bám của xe, gây mất an toàn trong quá trình chuyển động, hoặc sẽ làm tăng khả năng bám của xe nếu hướng của lực xuống phía dưới. Lực theo phương này phụ thuộc khá nhiều vào bề mặt của phần gầm xe, đặc biệt là phía mũ và phía đuôi xe.
- Về mặt độ ồn
Các vùng xoáy lốc phía sau những vị trí lồi, lõm trên vỏ xe hoặc dòng khí bị cuộn dưới lốp xe sẽ tạo sự va đập của các phân tử khí với phẩn vỏ, phần đường và gây ra tiếng ồn. Thông thường độ ồn do hiện tượng này người lái xe ít cảm nhận được, nhưng lại tác động rõ rệt ra môi trường xung quanh.
1.4 Lịch sử thiết kế phát triển khí động lực học ô tô
Người đầu tiên khởi xưởng mô hình khí động học trên xe hơi là nhà thiết kế nội tiếng người Đức Eduard Rumpler, cha đẻ của ngành hàng không Đức.
Tatra là nhà sản xuất đầu tiên mô phỏng theo bản thiết kế của Jaray với hai mẫu Tatra Dynamic và Tatra 77 năm 1934, đặc biệt mẫu 1938 có chỉ số gió 0,212. Nhưng thời kỳ đó, vận tốc của xe không đủ cao, và do quá chú tâm đến đặc tính khí động học mà Tatra 77 mất đi vẻ đẹp vốn có của một chiếc xe hơi, sự thất bại của mẫu xe này là hoàn toàn dễ hiểu.
Mỗi năm một lần, từ 1949 đến 1961, General Motors lại cho trình làng một tác phẩm trong bộ sưu tập mang tên “Dream Cars”, tập hợp tất cả những mẫu concept có hình dáng chân thực nhất của tên lửa, máy bay, phi thuyền và loài cá dưới nước… Các nhà chuyên môn gọi “Dream Cars” là “nỗi ám ảnh khí động học” trong tư duy thiết kế Mỹ.
Nhưng bên cạnh những mẫu concept “kỳ quặc”, 1945-1970 cũng là thời kỳ hoàn tất những đường nét cấu trúc thân xe theo triết lý hiện đại.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC
2.1 Các thông số đặc trưng
Lực cản và lực nâng là 2 lực chính của khí động lực học. Lực nâng là lực có phương vuông góc với dòng khí. Nó được sinh ra bởi tốc độ khác nhau của chất lưu khi chạy qua xe. Theo như nguyên lý Bernoulli đối với chất lưu có độ nhớt bằng không, nếu tốc độ của chất lưu tăng lên thì áp suất của chất lưu sẽ giảm. Nếu một chiếc xe đang lưu thông trên đường, dưới tác động của áp suất khác nhau bên dưới đáy xe từ đó tạo ra lực nâng hướng lên trên sẽ làm giảm tính ổn định của xe.
Trong giai đoạn trước năm 1930 với những chiếc ô tô có hình dáng giống xe ngựa cổ xưa, hệ số cản rất lớn (0,65 ¸ 1). Sau đó, vào năm 1970, hệ số cản giảm xuống gần giá trị 0,4 và ngày này chỉ còn 0,28 ¸ 0,32 và một số loại xe có thể đặt Cd = 0,25 ¸ 0,27. Tuy nhiên, sau năm 2000, những chiếc ô tô gần như hoàn thiện về hình dáng khí động học việc giảm hệ số cản dù chỉ là 0,001 ngày càng trở nên khó khan hơn.
2.2 Cấu trúc vỏ xe và sự hình thành các vùng xoáy thấp áp
Hình 2.3 mô tả dòng khí với vận tốc U¥ và áp xuất p¥ chảy qua một vật cản. Có thể nhận thấy rằng dòng chảy ôm lấy vật và được coi là bám vào nó tới điểm A. Tới đây, dòng chảy tách khỏi vật làm xuất hiện vùng xoáy phía sau có áp suất p2 rất thấp (vùng chân không), trong khí phía trước của vật cản phải chịu áp suất lớn p1.
Phạm vi của vùng xoáy được xác định bởi điểm tách dòng ( điểm A trên hình 2.3). Đây là điểm mà dòng chảy bắt đầu tách khỏi vật cản và là khởi đầu của vùng xoáy. Các nghiên cứu đã chỉ ra, trong môt trường xác định ( có độ nhớt xác định) vị trí của điểm A phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: vận tốc dòng chảy và hình dạng vật cản.
Vùng xoáy lớn ở đuôi xe phụ thuộc chủ yếu vào kết cáu và kích thước của phần xoáy đuôi của ô tô. Hình 2.4 mô tả kết cấu đuôi xe với các kiểu vùng xoáy khác nhau. Nếu thiết kế đuôi xe thuôn dài về phía sau thì xe giảm được kích thước vùng xoáy này nghĩa là giảm đáng kể lực cản không khí.
Trên hình 2.8 thể hiện mối quan hệ giữa bán kính chắn gió và tấm nóc xe với hệ số cản không khí. Có thể thấy rằng, với bán kính góc lượn từ 150mm trở lên hệ số cản có thể giảm đi một nửa so với trường hợp không có góc lượn (R = 0). Nếu tiếp tục tăng bán kính góc lượn thì hệ số cản gần như không đổi.
Một nghiên cứu khác cho thấy nếu phần đầu của vỏ xe được vo tròn thì có thể giảm hệ số lực cản không khí từ 0,76 xuống 0,42 như trên hình 2.10.
Ngoài yếu tố kể trên, chiều cao sàn xe và hình dạng khong gian bên dưới sàn cũng có ảnh hưởng đáng kể đến các lực khí động. Kết quả nghiên cứu thể hiện trên hình 2.11 cho thấy, lực nâng phụ thuộc vào yếu tố này trong khi lực cản chịu ảnh hưởng ít hơn nhiều.
2.3 Nghiên cứu khí động học ô tô
Hiện nay, trong lĩnh vực khí động học ô tô thường sử dùng 2 phương pháp nghiên cứu khí động học ô tô: phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu lý thuyết dựa vàp những phương pháp mô phỏng dòng chảy không khí bao qunah ô tô dựa trên phương trình Navier – Stokes. Đây là một bài toán hết sức phức tạp và vẫn đang là mối quan tâm hàng đầu của những nhà nghiên cứu khí động học trên thế giới và cho tới này người ta tìm được lời giải đầy đủ bằng phương pháp giải tích.
Đồ thị minh họa trên hình 2.12 cho thấy, mức độ phức tạp của bài toán động học phụ thuộc vào kế cấu cụ thể và yêu cầu về độ chính xác. Đối với những thiết bị có mức độ phức tạp cao (tàu vũ trụ), người ta buộc phải cố gắng giải phương trình Navier - Stokes đầy đủ.
Phương pháp chủ đạo để giải các phương trình vẫn là phương pháp số với sự hỗ trợ của máy tính. Tất cả các phương pháp số đang được sử dụng để giải các phương trình vi phân mô tả dòng chảy khí động đều dựa trên việc mô tả vỏ xe trong không gian (chua lưới miền cần tính toán) và trong thời gian: tại mỗi điểm trên lưới, người ta tính toán các thông số của dòng chảy cho mỗi bước thời gian.
2.3.2 Phương pháp thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện chủ yếu trên thiết bị chuyên dòng gọi là ống khí động. Các ông khí động ngày này đã tạo được điều kiện thử ngày càng gần với thực tế hơn: thử ô tô với kích thước thật, tạo được mô trường, điều kiện thử phong phú (thay đổi nhiệt độ, áp suất, tạo mưa, nắng,…) và đặc biệt là các thiết bị đo hiện đại đã cho phép thực hiện những thí nghiệm với độ chính xác cao và mở rộng phạm vi nghiên cứu.
2.4 Cơ sở lý thuyết khí động học
2.4.1 Các phương trình cơ bản
Để mô tả dòng chảy của môi chất bất kỳ một cách đầy đủ người ta thường sử dụng phương trình Navier-Stokes, được viết dưới dạng một hệ gồm 3 phương trình: phương trình bảo toàn khối lượng (còn gọi là phương trình liên tục), phương trình bảo toàn động lượng và phương trình bảo toàn năng lượng.
2.4.2 Mô phỏng độ nhớt động học
2.4.2.1 Các công cụ toán học và ký hiệu quy ước
Các phương trình vi phân mô tả dòng chảy không khí dưới dạng khai triển thường rất cồng kềnh, nên người ta thường sử dụng các cách viết khác nhau nhằm rút gọn nó.
Đối với các vector vận tốc u trong hệ tọa độ Đề Các (x,y,z) với các thành phần theo các phương tương ứng là u, v,w ta sử dụng ký hiệu u (hoặc ).
- Các ký hiệu quy ước: Các phương trình đạo hàm riêng viết dưới dạng khai triển thường rất dài, nên trong đây sẽ sử dụng các viết gọn dạng tenson với ký hiệu quy ước.
2.4.2.2 Các phương trình mô phỏng
- Phương trình bảo toàn khối lượng
Khó khăn lớn nhất trong việc giải toán khí động học nằm ở mức độ phức tạp của các phương trình vi phân đạo hàm riêng. Vì vậy, để giải bài toán này, trong đại đa số các trường hợp các nhà nghiên cứu buộc phải chấp nhận cái giả thiết đơn giản hóa. Điều này ít nhiều ảnh hưởng đến tính xác thực và độ chính xác của kết quả. Mặc dù vậy, tùy theo mục đích nghiên cứu và yêu cầu về cấp độ chính xác của bài toán mà người ta có thể chấp nhận các giả thiết khác nhau để giảm bớt mức độ phức tạp của nó mà đạt được các kết quả mong muốn.
2.4.3 Mô phỏng dòng chảy rối
Như đã trình bày ở trên, khó khăn chính của bài toán khí động học ô tô là việc giải một hệ các phương trình vi phân đạo hàm riêng. Tuy nhiên, trong thực tế vấn đề còn phức tạp hơn nữa do dòng chảy (u,v,w và p) tại một điểm bất kỳ trong không gian biến thiên liên tục theo thời gian. Mức độ phức tạp của bài toán phụ thuộc vào kích thước của dòng rồi, thời gian tồn tại và tốc độ biến thiên của các thông số của nó.
2.4.3.1 Mô phỏng trực tiếp (DNS)
Ở đây, người ta sử dụng trực tiếp phương trình Navier – Stoke làm mô hình toán học mô tả dòng chảy rồi. Đây là bài toán mô tả chính xác nhất dòng chảy khí đọc học ô tô. Tuy nhiên, bài toán có mực độ mức tạp rất cao, việc tính toán gặp phải vấn đề nan giải do kích thước của dòng rồi và thời gian tồn tại của chúng rất nhỏ và vì vậy, thương dẫn đến những khó khăn sau:
- Kết quả tính toán không ổn định và dao động theo thời gian
- Kích thước của lưới và bước chia thời gian quá nhỏ
- Thời gian tính toán rất lớn
2.4.4 Mô hình dòng rối
Mô hình dòng rối được phát triển để mô tả được 6 ứng suất rối Reynolds. Các phương trình cần được thêm vào để đóng kín phương trình RANS. Mức độ phức tạp của mô hình dòng chảy rối được đánh giá bằng số lượng phương trình vi phân và số lượng các hằng số thực nghiệm thêm vào để mô tả dòng chảy rối.
Mô hình với một phương trình được coi là mô tả đầy đủ các đặc trung của dòng chảy khí động. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng mô hình này cũng không phù hợp với nghiên cứu khí động học ô tô do dòng chảy bao quanh vỏ xe có vùng xoáy rộng và luôn tồn tại tương tác rất mạnh giữa các dòng xoáy này.
c. Mô hình hai phương trình:
Điển hình của mô hình hai phương trình là mô hình k - e. Ở đây, độ nhớt dòng rối được mô tả qua 2 thông số là động năng k là hệ số tán xạ năng lương của dòng chảy rối e.
Hệ số Cm được coi là đặc trưng của phương trình. Với cách mô tả độ nhớ của dòng chảy rối như trên, mô hình này có tên gọi là mô hình k - e.
Cho tới nay, mô hình k - e vẫn đang là mô hình được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu khí động học ô tô. Do được sử dụng nhiều, nên có khá nhiều dạng biến thể khác nhau. Vì vậy, mô hình mô tả trên được coi là phiên bản gốc và thường được gọi là mô hình k - e tiêu chuẩn (Standard k - e Model).
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHÍ ĐỘNG HỌC TRÊN CATIA
3.1 Giới thiệu về CATIA
CATIA là tên viết tắt của cụm từ Computer Aided Three Dimensional Interactive Application, dịch ra Tiếng Việt có nghĩa nôm na là Xử lý tương tác không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính.
CATIA được hãng Daussault Systemes (đây là công ty của Pháp) phát triển và IBM là nhà phân phối trên toàn thế giới. Đây là phần mềm được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++ và hiện đang là phần mềm thiết kế hàng đầu hiện này. CATIA là viên đá nền tảng đầu tiên của bộ phần mềm quản lý toàn bộ chu trình sản phẩm của Daussault Systemes.
- Design: thiết kế những chi tiết từ những vật hình khối hoặc nhưng vật có thành mỏng (surface)
- Assembly: tính năng lắp ghép các chi tiết đã được vẽ rồi, tính toán va chạm nếu có khi lắp ghép các chi tiết này
- Human: tính toán tương tác giữa người với máy, thiết bị nói chung, giải quyết các bài toánđể đạt được mục đích sử dụng thực tế
3.2 Dựng mô hình 3D trên phần mềm CATIA
Sử dụng phần mềm CATIA v5r27 để tạo dựng mô hình 3D, tiết hành theo các bước như sau:
* Bước 1: Tạo 4 hình chiếu của xe bằng file Blueprint trong CATIA
Chọn Star => chọn shape => chọn môi trường Sketch Tracer để khởi tạo hình ảnh
* Bước 2: Tạo mô hình khung dây bằng môi trường Generative Shape Design
Chọn icon Sketch Tracer ở góc màn hình => chọn Generative Shape Design để chuyển sang môi trường tạo dựng bề mặt.
Bước tiếp theo ta sẽ xây dựng phân mui của xe. Tạo một mặt phẳng dựa trên phân kính trước của xe. Dựa theo hình chiếu bằng tao sẽ tạo được 1 Sketch có biên dạng giống với phần mui của xe.
* Bước 3: Tạo dựng mô hình khối và các chi tiết nhỏ xung quanh xe
Chuyển sang môi trường Part Design bằng cách nhấn vào icon và chọn Part Design có trong bảng
Dùng lệnh Enclose để biến tất cả các phần surface vừa vẽ thành khối. Sau đó dùng lệnh Pad để tạo các phần còn lại như chắn bùn, bánh xe, bậc lên xe. Sau khi tạo xong tao đã hoàn thành phần xây dựng 3D chiếc xe Cycbertruck.
CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS WORKBECH FLUENT MÔ PHỎNG KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC
4.1 Giới thiệu chung về ANSYS WORKBECH FLUENT
Công ty bắt đầu vận hành vào năm 1970 bởi tiến sĩ John A. Swanson với tên gọi ban đầu là Swanson Analysis Systems, Inc (SASI). Mục đích chính của công ty là áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) xây dựng nên một phần mềm để giải các bài toán tĩnh học, động học, nhiệt động và truyền nhiệt. Đến năm 1994, công ty được bán lại cho TA Associates. Công ty chủ quản mới đã đổi tên mới cho SASI thành ANSYS Inc và đăng ký thương hiệu cho sản phẩm chủ lực của họ là ANSYS®.
Từ kết quả thu nhận được, chúng ra có thể biết được vận tốc, nhiệt độ áp suất cũng như quỹ đạo chuyển động và ảnh hưởng của các biên dạng lên dòng chảy. Đồ thị ANSYS xuất ra hỗ trợ tối đa định tính và định lượng.
4.2 Mô phỏng khí động lực trên ANSYS Fluent
Để mô phỏng chính xác mô phỏng chính xác khí động lực học ta phải làm được các bước sau:
- Tạo vùng không gian cho mô hình
- Tiến hành chia lưới cho vùng không gian của mô hình
- Thiết lập bài toán các thông số đầu vào của xe
4.2.1 Tạo vùng không gian
Vùng không gian mô phỏng là vùng không gian bao quanh vật thể, được giới hạn trong quá trình mô phỏng. Việc lựa chọn các kích thước của vùng không gian được thực hiện sao cho bài toán mô phỏng sát với điều kiện vận hành thực tế nhằm đạt được kết quả có độ chính xác và độ tin cậy cao đồng thời khối lượng tính toán (nhu cầu về dung lượng bộ nhớ, cấu hình máy tính, thời gian tính toán,…) là tối thiểu.
Vùng không gian mô phỏng lựa chọn là:
- Theo trục X: 6027 mm
- Theo trục Y: 15880 mm
- Theo trục Z: 4905 mm
Trước tiên, ta cần nhập mô hình 3D của xe vào ANSYS. Click chuột phải vào phần Geometry => chọn Replace Geometry => Chọn file mô hình.
Tiếp theo để tạo vùng không gian ta dùng lệnh Tool => Enclosure để tạo vùng không gian. Khi đó tao nhập các khoảng các từ mặt bẳng các hướng của xe để tạo giới hạn cho vùng không gian.
4.2.2 Chia lưới
Chia lưới thực chất là việc rời rạc hóa vùng không gian mô phỏng thành các phần tử để thực hiện việc tính toán gần đúng bằng phương pháp số. Việc chọn kiểu lưới, số phần tử, kích thước lưới, mật độ lưới phụ thuộc vào các yếu tố sau: tính chất của bải toán mô phỏng, độ chính xác cần thiết của kết quả mô phỏng, cấu hình máy tính hiện tại và thời gian thực hiện mô phỏng bài toán.
Tiếp đến, ta cần đặt tên các vùng trên xe để thiết lập thông số đầu vào một cách dễ dàng hơn.
4.2.3 Các giả thuyết và giới hạn của bài toán mô phỏng
Khi thực hiện mô phỏng, để phù hợp với khả năng tính toán của máy tính nhưng vẫn đảm bảo được tính đúng đắn, độ tin cậy và sự tương tích của bài toàn nghiên cứu với thực tế, đồ án sử dụng các giả thiết sau:
- Mô phỏng vỏ xe là tuyệt đối cứng, không xảy ra sự biến dạng của vỏ xe trong suốt quá trình mô phỏng.
- Bỏ qua quá trình trao đổi nhiệt giữa vỏ xe và không khí
4.2.5 Kết quả tính toán khí động lực học của xe
Sau khi thực hiện đầy đủ các bước của quá trình mô phỏng như đã trình bày từ mục 4.2.1 đến 4.2.4, đồ án thực hiện mô phỏng đối với mô hình kích thước thật của xe, cơ sở để đánh giá chất lượng khí động lực học của vỏ xe.
Tiến hành chạy bài toán mô phỏng với vận tốc của dòng khí lần lượt là 40km/h, 70km/h, 100km/h.
+ Xe di chuyển với vận tốc 100km/h:
Hình 4.25, 4.26 cho thấy trên vỏ xe tồn tại những vùng áp suất dương và áp suất âm. Chính vì sự chênh lệch áp suất này đã tạo ra lực cản không khí.
Các hình ảnh về phân bố vận tốc và đường dòng khí bao quanh vỏ xe chỉ rõ nơi hình thành xoáy áp thấp có ảnh hưởng lớn đến lực cản không khí. Loại bỏ được hoặc giảm kích thước của những vùng xoáy đi đồng nghĩa với việc giảm hệ số cản Cd.
Điều này cũng xảy ra với lực nâng nhưng vì lực năng mang giá trị âm, tức là tác dụng đi xuống khiền cho xe bị ghìm xuống. Dẫn đền việc xe di chuyển với vận tốc càng lớn đồng nghĩa với việc xe bị ghìm xuống đám bảo tính ổn định của xe.
KẾT LUẬN
Qua các kết quả trên cho thấy trên vỏ xe tồn tại những vùng có áp suất dương, những vùng áp suất âm và các xoáy thấp áp. Các vùng ấp suất âm cũng như các vùng xoáy thấp áp thường tập trung ở các vị trí như mặt trước, ốp bánh xe, góc chữ A, phần đuôi,… điều này dẫn đến việc tăng lực cản cho xe đặc biệt là ở vùng xoáy thấp áp sau đuôi xe.
Cũng như việc kiểm tra khí động học của xe ô tô ở nhiều tốc độ khác nhau (40, 70, 100 km/h) ta thấy được áp suất cả áp suất dương và âm đều tăng cao mỗi khi xe tăng tốc và đặc biệt là lực cản và lực nâng của xe. Mỗi khi xe tăng tốc độ lên gắp đôi như từ 40km/h đến 70km/h thì lực cản của xe tăng lên khoảng gấp ba lần điều này gần đúng với giả thuyết đã được chứng thực ở trên thế giới.
Do lần đầu tiên sử dụng phần mềm vẽ hoàn thiện một chiếc vỏ xe ô tô khiến cho mô hình không có độ chính xác nhất so với mô hình thực tế cũng như việc loại bỏ một số chi tiết để đơn giản hóa mô hình kiến cho việc tính toán không trở nên chính xác.
Qua đồ án trên em đã thực hiện được việc mô phỏng lại hình 3D CAD trên CATIA cũng như sử dụng phần mềm ANSYS để tính toán và mô phỏng khí động lực học trên ôtô.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. J. HA*,S. JEONG and S. OBAYASHI Institute of Fluid Science, Tohoku University, Sendai 980-8577, Japan. DRAG REDUCTION OF A PICKUP TRUCK BY A REAR DOWNWARD FLAP. International Journal of Automotive Technology, Vol. 12, No. 3, pp. 369−374 (2011).
[2]. L. Praveen, L. Venugopal, Monica T, C Labesh Kumar and K Raja Sekar Reddy. Design and Analysis of Two Different Modified Trucks using CFD. International Journal of Civil Engineering and Technology, 8(7), 2017, pp. 601–612.
[3]. Haecheon Choi, Jungil Lee and Hyungmin Park. Aerodynamics of Heavy Vehicles.
[4]. Feysal Ahmed Adem B.S., Addis Ababa University, Ethiopia, 1999. DRAG REDUCTION OF PICKUP TRUCK USING ADD-ON DEVICES.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"