Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Cơ kỹ thuật: Nghiên cứu, ứng dụng bộ chương trình OpenFOAM trong tính toán động lực học dòng chảy không có/có chuyển pha

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> NGUYỄN QUANG THÁI<br /> <br /> NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BỘ CHƯƠNG TRÌNH<br /> OPENFOAM TRONG TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC<br /> DÒNG CHẢY KHÔNG CÓ/CÓ CHUYỂN PHA<br /> <br /> Ngành: Cơ kỹ thuật<br /> Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật<br /> Mã số: 85200101.01<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠ KỸ THUẬT<br /> <br /> HÀ NỘI – 2018<br /> <br /> 1<br /> MỞ ĐẦU<br /> Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài<br /> Nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội của con người đặt ra những vấn đề<br /> đòi hỏi các phải sử dụng những phương tiện, thiết bị làm việc trên mặt và<br /> trong lòng nước, ví dụ như tàu thủy, chân vịt, tàu lặn, … và cần không<br /> ngừng nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng của<br /> chúng. Nghiên cứu về động lực học dòng chảy nhiều pha không có/có<br /> chuyển pha rất được quan tâm vì dòng chảy quanh các phương tiện, thiết<br /> bị nêu trên thường là dòng chảy nhiều pha (chứa cả pha lỏng, pha<br /> khí/hơi, …). Trong dòng chảy nhiều pha, khoang khí/hơi có thể xuất hiện<br /> (theo cách nhân tạo hoặc tự nhiên) ở những điều kiện dòng chảy thích<br /> hợp, khi đó, dòng chảy được gọi là dòng chảy có khoang khí/hơi. Khi có<br /> khoang khí/hơi bao bọc bề mặt các thiết bị trong dòng chảy, lực cản do<br /> ma sát giữa bề mặt thiết bị với chất lỏng xung quanh có thể giảm đáng kể<br /> (có thể giảm 90%), nhiều thiết bị có thể di chuyển với vận tốc cao mà tiêu<br /> thụ ít nhiên liệu hơn [31]. Vì vậy, dòng chảy có khoang khí/hơi đang được<br /> quan tâm nghiên cứu và ứng dụng hiện nay ở cả trên thế giới và Việt Nam.<br /> Do sự phức tạp của các hiện tượng trong dòng chảy việc nghiên cứu<br /> dòng chảy này cho đến nay vẫn gặp nhiều khó khăn cả trong nghiên cứu<br /> lý thuyết và thực nghiệm cần tiếp tục thực hiện những nghiên cứu sâu sắc<br /> hơn nữa. Những công cụ mô phỏng số góp sức đáng kể trong nghiên cứu<br /> dòng chảy này. Trong đó, OpenFOAM (Open Source Field Operation And<br /> Manipulation) là một công cụ có nhiều ưu điểm, nổi bật nhất là cho phép<br /> người dùng được can thiệp vào mã nguồn để hoàn thiện các mô hình có<br /> sẵn và phát triển những mô hình tính toán mới phục vụ nhu cầu cụ thể của<br /> các nghiên cứu [35,37]. Việc làm chủ được OpenFOAM sẽ giúp thực hiện<br /> những nghiên cứu sâu sắc về động lực học dòng chảy nói chung và dòng<br /> chảy không có/có chuyển pha hay dòng chảy có khoang khí/hơi nói riêng.<br /> Vì vậy, học viên lựa chọn đề tài của Luận văn là “Nghiên cứu, ứng dụng<br /> bộ chương trình OpenFOAM trong tính toán động lực học dòng chảy<br /> không có/có chuyển pha”.<br /> Mục đích của luận văn:<br /> <br /> 2<br /> Làm chủ bộ chương trình OpenFOAM nhằm phục vụ nghiên cứu và<br /> ứng dụng các đặc điểm động lực học dòng chảy không có/có chuyển pha<br /> Nội dung nghiên cứu<br /> - Nghiên cứu tổng quan các vấn đề về dòng chảy không có/có chuyển<br /> pha.<br /> - Nghiên cứu tổng quan về bộ chương trình mã nguồn mở OpenFOAM.<br /> - Tiến hành ứng dụng OpenFOAM trong tính toán động lực học dòng<br /> chảy không có/có chuyển pha qua 2 bài toán: Mô phỏng dòng chảy có<br /> khoang khí/hơi xung quanh vật thể xâm nhập nước và vật thể đang<br /> chuyển động nhanh trong lòng chất lỏng.<br /> Phương pháp nghiên cứu<br /> Luận văn sử dụng hai phương pháp nghiên cứu chính: Phương pháp<br /> tổng hợp, phân tích tài liệu và Phương pháp thí nghiệm số.<br /> Bố cục của luận văn<br /> Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Danh mục công trình khoa học của tác<br /> giả liên quan đến luận văn và Tài liệu tham khảo, luận văn có 3 Chương:<br /> Chương 1. Tổng quan một số vấn đề chuyển động của vật thể trong<br /> chất lỏng có khoang khí/hơi<br /> Chương 2. Tổng quan về bộ chương trình mã nguồn mở OpenFOAM<br /> Chương 3. Ứng dụng bộ chương trình OpenFOAM trong tính toán<br /> động lực học dòng chảy không có/có chuyển pha<br /> Phần Phụ lục đề cập tên và ứng dụng của những bộ giải chuẩn có sẵn<br /> trong OpenFOAM phục vụ cho các tính toán mô phỏng thủy động lực học<br /> của dòng chảy nhiều pha.<br /> Chương 1.<br /> TỔNG QUAN MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT<br /> <br /> 3<br /> THỂ TRONG CHẤT LỎNG CÓ KHOANG KHÍ/HƠI KHÔNG<br /> CÓ/CÓ CHUYỂN PHA<br /> 1.1. Dòng chảy có khoang khí/hơi xung quanh vật thể di chuyển trong<br /> lòng chất lỏng<br /> 1.1.1. Sự hình thành khoang khí/hơi xung quanh vật thể<br /> Hình 1.1 dưới đây [59] minh họa khoang khí/hơi tự nhiên hình thành<br /> quanh một quả cầu kim loại được thả vào nước từ bên ngoài không khí.<br /> <br /> Hình 1.1. Khoang khí/hơi hình thành khi quả cầu đi từ không khí vào nước<br /> <br /> Khoang chứa khí này được hình thành ngay từ khi quả cầu bắt đầu tiếp<br /> xúc với mặt thoáng của nước do sự chiếm chỗ của không khí tại vùng<br /> không gian trống mà vật thể tạo ra sau khi xuyên qua mặt thoáng và đi<br /> sâu vào lòng chất lỏng. Tại vùng này, khoang chứa khí được lấp đầy bởi<br /> không khí và hơi nước sinh ra do sự giảm áp tới áp suất hơi bão hào của<br /> chất lỏng xung quanh vật thể [12, 17,27,31]. Do khoang này chứa cả khí<br /> và hơi nên Luận văn gọi chung là Khoang khí/hơi.<br /> Trong dòng chảy có khoang khí/hơi, vùng chất lỏng tại lớp biên rối<br /> của dòng chảy ở gần bề mặt vật thể xảy ra sự giảm áp tới áp suất hơi bão<br /> hòa của vùng chất lỏng gần bề mặt vật thể [12,17].<br /> <br /> Hình 1.2. Sự hình thành khoang hơi tại lớp biên rối trên bề mặt vật thể.<br /> <br /> 4<br /> Bằng các kỹ thuật nhân tạo, một khoang khí/hơi có thể được tạo ra<br /> xung quanh các vật thể đang chuyển động trong lòng chất lỏng được gọi<br /> là khoang khí/hơi nhân tạo.<br /> <br /> Hình 1.4. Sự hình thành khoang khí nhân tạo trên bề mặt vật thể.<br /> <br /> 1.1.2. Một số tham số đặc trưng của dòng chảy khoang khí/hơi<br />