Báo cáo môn học nghiên cứu lực cản gió của vây thu sóng trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO MÔN HỌC NGHIÊN CỨU LỰC CẢN GIÓ CỦA VÂY THU SÓNG TRÊN Ô TÔ Học viên thực hiện: 1.. tập trung vào việc sử

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO MÔN HỌC

NGHIÊN CỨU LỰC CẢN GIÓ CỦA VÂY THU SÓNG

TRÊN Ô TÔ

Học viên thực hiện:

1 Nguyễn Bảo Duy

2 Lê Nguyễn Thanh Hùng

3 Huỳnh Lê Như Thuần

Trang 2

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 2

1.1 Tóm tắt 2

1.2 Giới thiệu chung về vây thu sóng ô tô 3

1.2.1 Cấu tạo 3

1.2.2 Công dụng 3

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG 5

2.1 Cơ sở lý thuyết 5

2.1.1 Khí động học trên ô tô 5

2.2 Xây dựng mô hình 3D xe và vây thu sóng 9

2.2.1 Mô hình 3D vây thu sóng 9

2.2.2 Xây dựng mô hình 3D xe 12

2.3 Thiết lập thuật giải và điều kiện biên 16

2.4 Xây dựng mô phỏng bằng phần mềm Ansys Fluent 17

2.5 Kết quả mô phỏng mô hình xe và vây thu sóng 28

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 70 Tài liệu tham khảo: 72

Trang 3

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, tập trung vào việc sử dụng phần mềm Ansys để môphỏng và nghiên cứu để tạo ra mô hình số học của vay thi sóng ô tô và mô phỏngquá trình di chuyển của nó trong không gian Bằng cách áp dụng các nguyên lý

về cơ học chất lỏng và động lực học, các thông số quan trọng như lực cảnvàdòng chảy khí quanh ô tô sẽ được xác định tập trung vào việc sử dụng phầnmềm Ansys để mô phỏng

Qua việc mô phỏng, nghiên cứu này nhằm tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởngđến hiệu suất của vay thu sóng ô tô như hình dạng, kích thước, tốc độ di chuyển

và môi trường xung quanh Nghiên cứu cũng nhằm đánh giá và so sánh các thiết

kế khác nhau để tối ưu hóa khí động học của ô tô, giảm thiểu lực cản không cầnthiết và cải thiện hiệu suất nhiên liệu

Kết quả từ đề tài này có thể mang lại nhiều lợi ích trong ngành côngnghiệp ô tô Nó có thể cung cấp thông tin hữu ích để phát triển ô tô mới, giảmtiêu thụ nhiên liệu, giảm khí thải và cải thiện trải nghiệm lái xe Đồng thời, việc

sử dụng phương pháp mô phỏng còn giúp tiết kiệm chi phí nghiên cứu so với cácphương pháp thử nghiệm truyền thống

Tóm lại, đề tài "Mô phỏng khí động học vây thu sóng ô tô" nhằm nghiên

Trang 4

1.2 Giới thiệu chung về vây thu sóng ô tô

Hình 1.1: Các hình dạng vay thu sóng ô tô phổ biến

1.2.1 Cấu tạo

Ở trên nóc nhiều ô tô hiện nay thường có một vật nhỏ nhỏ hình “vây cámập” Chi tiết này không đơn giản chỉ là một miếng nhựa trang trí mà còn làăng-ten của xe, giúp xe bắt sóng radio, điện thoại Ở một số dòng xe kiểu mới,ăng-ten vây cá mập được lắp đặt sẵn Đối với nhiều người dùng, họ cảm thấy chitiết vây cá mập này rất thời trang, giúp thay thế ăng-ten kiểu truyền thống nên cóthể lắp đặt thêm như một phụ kiện Ăng ten "vây cá mập” thông thường có cấutạo rỗng, với vỏ ngoài hình vây cá làm bằng nhựa, bên trong lồng dây ăng ten bắtsóng Cũng như tên gọi, phụ kiện này có tác dụng như 1 chiếc ăng-ten cơ bảngiúp tăng cường tín hiệu truyền thông trong xe Ngoài ra, việc lắp đặt ăng-tenvây cá mập cũng khiến chiếc xe thời trang và thể thao hơn nhiều so với dùngăng-ten thường dạng cơ bản

1.2.2 Công dụng

Giúp giảm lực cản cho xe: Cấu tạo dạng xẻ, thuôn dài của "vây cá mập"giúp giảm lực cản không khí cho chiếc xe khi chạy Vậy nên, dù ngược gió thìchiếc xe lắp vây cá mập vẫn có thể giữ tốc độ khá tốt

Trang 5

Tránh chập điện: Một tác dụng khá hay của ăng tên vây cá mập là giảmbớt khả năng chập điện Cụ thể, phụ kiện này có nguyên lí như một dây nguộiđối với thiết bị điện của xe Nếu chạy xe trong thời tiết giông bão thì phụ kiệnnày đôi khi còn có thể giảm bớt nguy cơ bị sét đánh trúng.

Giảm nhiễu tín hiệu: Ăng-ten vây cá mập trên các mẫu xe hạng sang cóthể giúp chống nhiễu tín hiệu radio Đây là công dụng dành cho ăng-ten cao cấp,với công thức sử dụng nguyên lý động lực học không khí

Trang 6

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG

2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Khí động học trên ô tô

Khí động học trên ô tô là một lĩnh vực trong kỹ thuật ô tô nghiên cứu vềluồng chảy khí trong hệ thống động cơ và hệ thống xả Nó tập trung vào việcnghiên cứu và tối ưu hóa hiệu suất động cơ và hệ thống xả bằng cách sử dụngnguyên lý về chất lưu động (khí) và các hiện tượng liên quan

Khí động học trên ô tô liên quan đến việc nghiên cứu và cải thiện hiệu suấtđộng cơ bằng cách tối ưu hóa luồng khí vào động cơ và luồng khí xả ra khỏiđộng cơ Điều này đảm bảo rằng động cơ được cung cấp đủ khí nhiên liệu và oxy

để cháy hiệu quả, từ đó tạo ra công suất và mô-men xoắn tối đa

Một số khía cạnh của khí động học trên ô tô bao gồm:

Hệ thống cung cấp khí: Nghiên cứu về hệ thống cung cấp khí gồm bộ lọckhông khí, ống thông gió, hệ thống nạp khí (turbocharger hoặc supercharger) và

hệ thống tiếp khí (throttle body)

Hệ thống xả: Tối ưu hóa hệ thống xả bao gồm ống xả, bộ phận hấp thụ âmthanh (muffler) và bộ phận giảm khí thải (catalytic converter) để đảm bảo hiệusuất cao và tuân thủ các quy định về môi trường

Tính toán động học: Sử dụng các phương pháp tính toán và mô phỏng đểđánh giá và cải thiện luồng khí trong hệ thống động cơ, như động lực học chấtlưu (CFD) và mô hình hóa luồng khí

Trang 7

Cải tiến động cơ: Sử dụng kiến thức về khí động học để tối ưu hóa thiết kếđộng cơ, hệ thống nạp khí, hệ thống xả và các thành phần khác để đạt được hiệusuất tốt hơn, tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả hơn và giảm khí thải độc hại.

Để mô phỏng hiện tượng khí động học vây thu sóng trên ô tô, chúng ta sẽtập trung vào hình dạng và tác động của vây thu sóng trên khí quyển khi ô tô dichuyển Dưới đây là một mô phỏng đơn giản để bạn có thể hình dung:

Trạng thái ban đầu: Giả sử ô tô di chuyển với vận tốc cao trên một mặtphẳng đường thẳng Trước ô tô, tồn tại một lớp khí quyển tĩnh, không chuyểnđộng

Vây thu sóng: Trên thân ô tô, có một cấu trúc vây được thiết kế đặc biệt.Khi ô tô di chuyển với vận tốc cao, vây này tạo ra một loại sóng áp suất được gọi

là sóng vây thu Sóng vây thu di chuyển từ trước ô tô ra phía trước với vận tốc

âm (vận tốc dưới tốc độ âm thanh) Sóng này tạo ra một vùng áp suất cao phíatrước và một vùng áp suất thấp phía sau vây

Hiệu ứng khí động: Sóng vây thu tác động lên khí quyển xung quanh Khisóng đi qua, khí quyển được nén và làm gia tăng áp suất trong vùng áp suất cao.Trong khi đó, khí quyển trong vùng áp suất thấp được giãn nở và giảm áp suất.Hiệu ứng này gây ra một luồng khí chuyển động và tạo ra một lực hút phía sauvây thu sóng

Trang 8

Mô phỏng trên chỉ là một ví dụ đơn giản để hình dung hiệu ứng khí độnghọc vây thu sóng trên ô tô Trên thực tế, mô phỏng và nghiên cứu chi tiết hơnđược thực hiện bằng các phương pháp tính toán và mô hình hóa phức tạp hơn đểđánh giá hiệu quả của vây thu sóng và tối ưu Tham khảo các thông số và thiết kếtối ưu cho hiệu quả cao nhất Mô phỏng cụ thể cần sử dụng các phương trình vàcông thức khí động học phức tạp hơn, như phương trình Euler hay Navier-Stokes, để mô tả chính xác hơn sự tương tác giữa vây thu sóng, ô tô và khíquyển.

2.1.2 Mô hình toán

Để xem xét đầy đủ các tính chất vật lý và thời gian tính toán tương ứng, các giả định sau đây đã được thực hiện:

Các phương trình chính của phân tích số trong nghiên cứu này như sau:

 Phương trình bảo toàn khối lượng:

Trang 9

T ij biểu diễn ứng suất theo phương j tác dụng lên mặt phẳng vuông góc với trục i

f x ,f y ,f z lần lượt là thành phần lực thể tích theo phương x, y, z

e là năng lượng bên trong của chất lỏng trên một đơn vị khối lượng

˙p biểu thị tốc độ gia nhiệt trên một đơn vị khối lượng

k là mật độ dẫn nhiệt

Trang 10

2.2 Xây dựng mô hình 3D xe và vây thu sóng

2.2.1 Mô hình 3D vây thu sóng

Hình 2.1: Vây thu sóng trên ô tô vẽ bằng Solidworks

 Kích thước các loại vây thu sóng:

Hình 2.2: Vây thu sóng loại 1

Trang 11

Trang 12

Trang 13

2.2.2 Xây dựng mô hình 3D xe

Trang 14

Hình 2.9: Mô hình xe

Kích thước xe:

Hình 2.10: Kích thước xe

Trang 15

Hình 2.11: Kích thước xe

Trang 16

Hình 2.12: Khoảng cách đặt vây so với mép kính sau

1 Đặt vây ở sau cách mép kính sau: 0.13 m

2 Đặt vây ở giữa cách mép kính sau: 0.65 m

3 Đặt vây ở đầu cách mép kính sau: 1.16m

Trang 17

Hình 2.13: Một mô hình xe và vây thu sóng hoàn chỉnh

2.3 Thiết lập thuật giải và điều kiện biên

Bảng 1: Các yếu tố ảnh hưởng và các cấp độ

Trang 18

7 3 1 3

Bảng 2: Ma trận L9

Bảng 3: Các Model và các thông số ảnh hưởng

2.4 Xây dựng mô phỏng bằng phần mềm Ansys Fluent

Các bước thiết lập một mô hình để mô phỏng trong phần mềm Ansys Fluent:

Trang 19

Bước 1: Mở phần mềm Ansys Fluent

Bước 2: Trong khung Toolbox kéo khối Geometry vào khung Project Schematic

và nhập bản vẽ 3D cần mô phỏng vào:

Trang 20

Bước 3: Mở khối Geometry và thiết lập các thông số:

+ Nhấp vào Generate để update mô hình

+ Đặt tên các khối và thiết lập các thuộc tính của các khối

Trang 21

+ Tạo Boolean và thiết lập Operation là subtract, Target Bodies là khối air và Tool Bodies là khối anten và khối car Sau khi thiết lập xong ấn Generate để update mô hình Sau đó đóng Geometry

Trang 22

Bước 4: Kéo khối mesh từ khung Toolbox vào khung Project Schematic và kết

nối khối Geometry với Mesh

Trang 23

Bước 5: Mở khối Mesh lên:

+ Chọn Mesh và thiết lập các thông số để chia lưới

Trang 24

+ Nhấp Generate Mesh để tiến hành chia lưới

+ Sau khi chia lưới xong tiến hành đặt tên cho các bề mặt

Trang 25

Bước 6: Kéo khối Fluent từ Toolbox vào và kết nối khối Mesh với khối Fluent

Trang 26

Bước 8: Mở Solution ở khối Fluent lên, thiết lập các thông số

+ Mục General thiết lập gia tốc trọng trường theo phương Y là -9.81 m/s2

+ Mục Model thiết lập Viscous model là k_epsilon và Energy là On

Trang 27

+ Mục boundary condition , mặt air_inlet tiến hành thiết lập các thông số vận tốc, nhiệt độ và tại mục specification method chọn K and epsilon, thiết lập tương

tự ở mặt air_outlet

Trang 28

+ Mục Solution Initialization chọn Hybrid Initialization và ấn Intialize

+ Mục Run caculation, mục Number of Iterations thiết lập 1000 và chọn Caculate để tiến hành mô phỏng

Trang 29

2.5 Kết quả mô phỏng mô hình xe và vây thu sóng

 Model 1: Vận tốc 20 km/h, vị trí đặt vây ở phía sau, loại vây 1.

 Với yếu tố nhiễu thứ nhất nhiệt độ môi trường là 35.2816 o C (R1):

Trang 30

Hình 2.14: Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Hình 2.15: Trường áp suất sau khi mô phỏng

Hình: Đường dòng vận tốc sau khi mô phỏng

 Với yếu tố nhiễu thứ hai nhiệt độ môi trường là 35.0568 o C (R2):

Trang 31

Hình 2.16: Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Trang 32

 Với yếu tố nhiễu thứ ba nhiệt độ môi trường là 35.5476 o C (R3):

Hình 2.18 :Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Trang 33

Hình 2.19: Trường áp suất sau khi mô phỏng

Trang 34

- Model 2: vận tốc 20km/h, vị trí đặt vây ở giữa, loại vây 2

Hình: Trường vận tốc sau khi mô phỏng

Trang 35

Hình: Trường áp suất sau khi mô phỏng

Trang 36

Trang 37

Trang 38

- Model 3: vận tốc 20km/h, vị trí đặt vây ở đầu, loại vây 3

Trang 39

Trang 40

Trang 41

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Trang 45

Trang 46

Trang 47

Trang 48

Trang 49

Trang 50

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Trang 54

Trang 55

Trang 56

- Model 7: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây ở sau, loại vây 3

Trang 57

Trang 58

Trang 59

Trang 60

Model 8: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây ở giữa, loại vây 1

Trang 61

Trang 62

Trang 63

Trang 64

Trang 65

- Model 9: vận tốc 100km/h, vị trí đặt vây ở đầu, loại vây 2

Trang 66

Trang 67

Trang 68

Trang 69

Trang 71

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

Nhìn chung các yếu tố nhiễu không ảnh hưởng quá nhiều đến mô hìnhnghiên cứu, so sánh các kết quả, có thể thấy các yếu tố nhiễu tức: nhiệt độ và ápsuất không ảnh hưởng quá nhiều đến kết quả thu được Phải chăng, loại vây vànơi đặt vây mới là yếu tố chính ảnh hưởng đến kết quả thu được

Theo kết quả thu được,

+ Về vận tốc, chúng ta thử nghiệm ở 3 loại vận tốc, dựa trên kết quả, vậntốc càng cao thì cho ra lực cản càng lớn

+ Về vị trí đặt vây, chúng ta thử nghiệm ở 3 vị trí là trước, giữa và sau,dựa vào kết quả thu được, vị trí đặt vây có ảnh hưởng lớn nhất là vị trí đặt vây ởgiữa, còn vị trí đặt vây có ảnh hưởng nhỏ nhất là vị trí đặt vây phía sau

+ Về loại vây, chúng ta thử nghiệm 3 loại vây là loại vây truyền thống và

2 loại vây khác trên thị trường, dựa vào kết quả thu được thì loại vây số 2 cho ralực cản thấp nhất, còn loại vây gây ra lực cản lớn nhất là loại vây số 3

Trong quá trình di chuyển, ô tô gặp phải lực kháng không khí, còn đượcgọi là lực kháng động học, do tác động của luồng không khí khi ô tô chuyểnđộng qua không gian Để mô phỏng và nghiên cứu hiệu ứng này, mô hình khíđộng học được sử dụng để phân tích lực kháng động học trên ô tô

Tiêu đề	Báo cáo môn học nghiên cứu lực cản gió của vây thu sóng trên ô tô
Tác giả	Nguyễn Bảo Duy, Lê Nguyễn Thanh Hùng, Huỳnh Lê Như Thuần
Người hướng dẫn	TS. Đặng Hùng Sơn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật ô tô, khí động học, mô phỏng số
Thể loại	Báo cáo môn học
Năm xuất bản	2023
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	8,75 MB