Luận văn Nghiên cứu tương tác lưu chất và vật thể đàn hồi bằng phương pháp IBM (Immersedboundary Method) (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu tương tác lưu chất và vật thể đàn hồi bằng phương pháp IBM (Immersedboundary Method) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC LƯU CHẤT VÀ VẬT THỂ ĐÀN HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP IBM (IMMERSEDBOUNDARY METHOD) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 S K C0 0 4 4 4 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC LƯU CHẤT VÀ VẬT THỂ ĐÀN HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP IBM (IMMERSEDBOUNDARY METHOD) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC LƯU CHẤT VÀ VẬT THỂ ĐÀN HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP IBM (IMMERSEDBOUNDARY METHOD) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HOÀI SƠN TS PHAN ĐỨC HUYNH TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Lê Thanh Tùng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 29/09/1986 Nơi sinh: Bình Trị Thiên Quê quán: Thanh Hoá Dân tộc: Kinh Địa chỉ: tổ 8, ấp Phước Tân 4, xã Tân Hưng, thành phố Bà Rịa, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. E-mail: tungthanhbr@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2004 đến 9/2009 Nơi học: trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ tin – Kỹ thuật Tên đồ án, luận án tốt nghiệp: Sử dụng cánh mỏng để ổn định khí động cầu treo có nhịp dài bằng phương pháp bị động. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án tốt nghiệp: tháng 7 năm 2009, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, tp Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: TS. Phan Đức Huynh i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 7 năm 2014 ii
6. LỜI CẢM ƠN  Luận văn Thạc sĩ này được hoàn thành là kết quả của một quá trình học tập rèn luyện và trao dồi kiến thức tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM. Qua đây, em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo đã tận tình truyền đạt những kinh nghiệm, kiến thức quý báu và vô cùng phong phú cho em trong suốt hai năm học vừa qua. Đặc biệt là thầy TS. Phan Đức Huynh và PGS.TS Nguyễn Hoài Sơn, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu nhà trường, quý thầy cô trong Khoa Cơ khí Chế tạo máy, các thầy cô và anh chị trong Phòng Đào tạo – Sau đại học cùng toàn thể các thầy cô giáo đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Sau cùng, em xin cảm ơn tất cả bạn bè cùng những người thân đã luôn quan tâm động viên và ủng hộ em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và kiến thức còn những hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong sự đóng góp ý kiến của Ban giám hiệu, quý thầy cô giáo và các anh chị học viên cùng các bạn để luận văn này được hoàn thiện hơn. iii
7. TÓM TẮT Ngày nay ở nhiều nước trên thế giới, các bài toán về tác động giữa lưu chất và vật thể, lưu chất và lưu chất đang được quan tâm nghiên cứu và khảo sát. Nhìn chung, có khá nhiều phương pháp được áp dụng vào trong việc tính toán các bài toán thực tế như phương pháp phần tử hữu hạn, thể tích hữu hạn, Đa phần các phương pháp này đều sử dụng việc chia lưới, nếu vật thể có hình dạng phức tạp thì việc chia lưới theo cách thông thường sẽ tạo nên sự khó khăn và chi phí tính toán lớn. Vì thế, trong nghiên cứu này, một phương pháp biên nhúng (Immersed Boundary Method) sẽ được giới thiệu để giúp giảm bớt sự khó khăn và chi phí trong việc tính toán. Mục đích của luận văn là nghiên cứu tương tác lưu chất và vật thể đàn hồi bằng phương pháp IBM (Immersed Boundary Method). Đây là phương pháp áp dụng cho việc mô phỏng số của một dòng chảy nhớt, không nén được qua một vật thể đàn hồi không nén được trong không gian hai chiều. Ở phương pháp này, việc chia lưới không phụ thuộc vào hình dạng của vật thể. Các phương pháp sai phân hữu hạn và một hệ thống lưới Đề các so le được dùng để giải quyết sự chuyển động của chất lỏng không nén được trong miền Euler. Mặt khác, một lưới Lagrange di động dùng để rời rạc hóa miền kết cấu. Các biến Euler và Lagrange liên hệ với nhau qua các phương trình tương tác, trong đó việc áp dụng một xấp xỉ trơn của hàm delta Dirac đóng một vai trò chủ đạo. iv
8. ABSTRACT Nowadays, the problems of fluid-structure and fluid-fluid interaction still have studied and surveyed in the world. In general, there are many methods be applied to the problems such as the finite element method, finite volume, Most of these methods are used for meshing. However, it will make our spend a large cost calculations and difficulty if object has complex shape. Therefore, an Immersed Boundary Method will be introduced to reduce the difficulty and expense in the calculation. The purpose of the thesis is to study the fluid and elastic material interaction by IBM (Immersed Boundary Method). This method is applied to numerical simulation viscous incompressible flow of fluids through an incompressible elastic material in two-dimensional space. In this method, the mesh does not depend on the shape of the object. The finite difference method and a staggered Cartesian grid system are used to solve the incompressible fluid motion in an Eulerian domain. On the other hand, a moving Lagrangian grid is used to discrete the structure domain. Eulerian and Lagrangian variables are related by interaction equations in which the application of a smoothed approximation of the Dirac delta function plays a prominent role. v
9. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt vii Danh sách các hình ix Danh sách các bảng xii Chương 1. TỔNG QUAN 1 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP IBM CHO VẬT THỂ ĐÀN HỒI 9 Chương 3. RỜI RẠC HÓA KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN 16 3.1 Rời rạc hóa không gian 16 3.2 Điều kiện biên 23 3.3 Rời rạc hóa thời gian 27 Chương 4. LỰC ĐÀN HỒI CỦA BIÊN NHÚNG 30 4.1 Năng lượng đàn hồi 30 4.2 Năng lượng kéo 31 4.3 Năng lượng uốn 34 Chương 5. XÂY DỰNG HÀM DELTA DIRAC 38 Chương 6. KẾT QUẢ 44 6.1 Mô phỏng một sợi nhỏ mềm vỗ trong màng xà phòng 47 6.2 Mô phỏng hai sợi nhỏ mềm vỗ trong màng xà phòng 54 Chương 7. KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 69 CHƯƠNG TRÌNH 74 vi
10. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT δ : hàm delta Dirac  : miền biên nhúng  : miền chất lỏng L : chiều dài biên nhúng : số điểm rời rạc của biên nhúng t : thời gian x = (x , y) : tọa độ lưới Đề các X s, t X s, t ,Y s, t : tọa độ rời rạc của biên nhúng tương ứng với tọa độ trong lưới Đề các tại thời điểm t u x, t u x, t ,v x, t : vận tốc của lưu chất tại thời điểm t U s, t U s, t ,V s, t : vận tốc của điểm rời rạc biên nhúng tại thời điểm t p x, t : áp suất tại thời điểm t x, t : mật độ của lưu chất và biên nhúng tại thời điểm t f x, t f x x, t , f y x, t : thành phần lực cưỡng bức tại thời điểm t F s, t Fx s, t , Fy s, t : lực của biên nhúng tại thời điểm t  : độ nhớt của lưu chất 휌0 : mật độ khối lượng của lưu chất g : gia tốc trọng trường M : Mật độ khối lượng của biên nhúng llxy, : kích thước miền lưu chất theo phương x và y NNxy, : số ô lưới Đề các theo phương x và y vii
11. lx ly h hx hy : kích thước của một ô lưới Đề các Nx N y t : bước thời gian EX s,t  : hàm năng lượng Ek : năng lượng kéo Eu : năng lượng uốn k : hệ số kéo u : hệ số uốn ff  f , : građiên của hàm f xy uv . u : đive của u xy 22ff f : laplace của f xy22 IBM : Immersed Boundary Method FEM : Finite Element Method FVM : Finite Volume Method FDM : Finite Difference Method viii
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Mối quan hệ giữa các khía cạnh trong động lực học chất lỏng 1 Hình 1.2: Chia lưới theo cách truyền thống (hình trên) và chia lưới bằng IBM (hình dưới) 3 Hình 1.3: Bản thiết kế của xe Loremo với đường vận tốc từ mô phỏng khí động học 5 Hình 1.4: Mô hình thí nghiệm của Zhang [14] 7 Hình 2.1: Sơ đồ hệ chất lỏng – biên nhúng 10 Hình 2.2 Chuyển đổi lực Fk từ điểm biên Lagrange ()Xk tới các nút chất lỏng xung quanh. Vùng tô đậm biểu thị mức độ phân bố lực 13 Hình 2.3 Sự phân bố mật độ khối lượng biên nhúng sang các điểm chất lỏng 13 Hình 2.4 Vận tốc biên nhúng được nội suy từ vận tốc vùng chất lỏng lân cận 14 Hình 3.1 Lưới so le 17 Hình 3.2 Miền với các ô biên 18 Hình 3.3 Các giá trị cần thiết để rời rạc đạo hàm bậc 2 2u x2 19 Hình 3.4 Các giá trị cần thiết để rời rạc hoá phương trình động lượng u 20 Hình 3.5 Các điểm biên cần được tính 23 Hình 3.6 Các điểm vận tốc nằm ngoài vùng chất lỏng Ω. 25 Hình 5.1 Đồ thị hàm delta Dirac 38 ix
13. Hình 6.1 Cơ cấu thí nghiệm sợi dây mềm trong màng xà phòng [14] 45 Hình 6.2 Mô hình sợi dây trong màng xà phòng sử dụng trong mô phỏng 46 Hình 6.3 Các đường xoáy của dòng chảy 50 Hình 6.4 Trường áp suất 50 Hình 6.5 Tọa độ dao động đầu tự do của sợi dây 51 Hình 6.6 Tọa độ dao động đầu tự do của sợi dây 51 Hình 6.7 Tần số và biên dộ vỗ như hàm của chiều dài sợi dây 52 Hình 6.8 Ảnh hưởng của hệ số uốn sợi dây u đến tần số và biên độ vỗ như là một hàm theo chiều dài sợi dây 53 Hình 6.9 Vị trí ban đầu 2 sợi dây trong màng xà phòng 55 Hình 6.10 Các đường xoáy của dòng chảy với khoảng cách d/L = 0,15 56 Hình 6.11 Trường áp suất với khoảng cách d/L = 0,15 56 Hình 6.12 Tọa độ dao động đầu tự do hai sợi dây với khoảng cách d/L = 0,15 57 Hình 6.13 Các đường xoáy của dòng chảy với khoảng cách d/L = 0,25 58 Hình 6.14 Trường áp suất với khoảng cách d/L = 0,25 58 Hình 6.15 Tọa độ dao động của đầu tự do hai sợi dây với khoảng cách d/L = 0,25 59 Hình 6.16 Vị trí ban đầu 2 sợi dây trong màng xà phòng 59 Hình 6.17 Tọa độ dao động của đầu tự do hai sợi dây với khoảng cách d/L = 0,25, 00 12 10 ,5 . 60 x
14. Hình 6.18 Tọa độ dao động của đầu tự do hai sợi dây với khoảng cách d/L = 0,25, 00 12 0 , 0 . 61 Hình 6.19 Tọa độ dao động của đầu tự do hai sợi dây với khoảng cách d/L = 0,35, 00 12 1 0 , 5 . 61 Hình 6.20 Tọa độ dao động của đầu tự do hai sợi dây với khoảng cách d/L = 0,35, 00 12 30,25 . 62 Hình 6.21 Tọa độ dao động của đầu tự do hai sợi dây với khoảng cách d/L = 0,35, 00 12 3 0 , 5 . 62 Hình 6.22 Vị trí ban đầu 2 sợi dây trong màng xà phòng 63 xi
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thống kê so sánh giữa phương pháp xử lý truyền thống và phương pháp IBM đối với xe Loremo 5 Bảng 6.1 Thông số thí nghiệm của Zhang [14], mô phỏng bằng FEM [15] và mô phỏng hiện tại của một sợi dây mềm 48 Bảng 6.2 Trạng thái duỗi thẳng ở hệ số uốn và chiều dài dây khác nhau 53 Bảng 6.3 Thông số thí nghiệm của Zhang [14]và mô phỏng hiện tại của hai sợi dây 54 xii
16. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Việc sử dụng động lực học chất lỏng tính toán (computational fluid dynamics (CFD)) để dự đoán các dòng chảy đã tăng đáng kể trong những thập kỷ qua. Trong những năm 1980 giải pháp của những bài toán dòng lưu chất bằng phương tiện của CFD là lĩnh vực của các nhà nghiên cứu khoa học, tiến sĩ, sau đại học hoặc các chuyên gia được đào tạo tương tự với nhiều năm kinh nghiệm trong cùng lĩnh vực. Các mã nguồn CFD hiện nay trên thị trường rất mạnh, nhưng đòi hỏi người dùng có trình độ cao về kỹ năng và sự am hiểu về nó để đạt được kết quả chính xác trong những trường hợp phức tạp [1]. Ngày nay, vai trò của CFD trong dự báo kỹ thuật đã trở nên mạnh tới mức nó có thể được nhìn nhận như “khía cạnh thứ ba” trong động lực học chất lỏng, hai khía cạnh còn lại là những trường hợp cổ điển của thực nghiệm thuần túy và lý thuyết thuần túy. Mối quan hệ này được phác họa trong hình 1.1 [2]. Hình 1.1: Mối quan hệ giữa các khía cạnh trong động lực học chất lỏng. Động lực học chất lỏng tính toán (hoặc CFD) là phân tích các hệ thống liên quan đến dòng chất lỏng, truyền nhiệt và các hiện tượng liên quan như phản ứng hoá học bằng các phương tiện mô phỏng trên máy tính. Kỹ thuật này rất mạnh và 1
17. mở rộng một loạt các lĩnh vực ứng dụng công nghiệp và phi công nghiệp. Một số ví dụ như: khí động học của máy bay và các phương tiện giao thông: nâng và cản thuỷ động lực học của tàu thiết bị động lực: quá trình cháy trong động cơ đốt trong và tua bin khí kỹ thuật điện-điện tử: sự làm mát của thiết bị bao gồm vi mạch kỹ thuật chế biến hoá chất: trộn và tách, đúc pô-li-me môi trường bên trong và bên ngoài của công trình: tải trọng gió và sưởi ấm/thông gió cơ khí hàng hải: tải trên kết cấu ngoài khơi công nghệ môi trường: phân bố các chất ô nhiễm và nước thải thuỷ học và hải dương học: dòng chảy ở các sông, cửa sông, biển khí tượng học: dự báo thời tiết kỹ thuật y sinh: dòng máu chảy qua động mạch và tĩnh mạch Từ năm 1960 trở đi, các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ đã tích hợp kỹ thuật CFD vào thiết kế, nghiên cứu và phát triển, sản xuất máy bay và động cơ phản lực. Gần đây nhất là các phương pháp đã được áp dụng cho việc thiết kế của động cơ đốt trong, buồng đốt của tua bin khí và lò nung. Và hiện nay các nhà sản xuất ô tô thường dự đoán lực cản, dòng không khí dưới nắp ca-pô và môi trường trong xe hơi với CFD. CFD ngày càng trở thành một thành phần quan trọng trong việc thiết kế sản phẩm và qui trình công nghiệp. Mục đích cuối cùng của sự phát triển trong lĩnh vực CFD là cung cấp một tiềm năng tương đương với các công cụ CAE (Computer-Aided Engineering) khác chẳng hạn như mã phân tích ứng suất. Các bài toán về tác động giữa lưu chất và vật thể, lưu chất và lưu chất hiện nay ngày càng được quan tâm nghiên cứu và khảo sát ở nhiều nước trên thế giới. Để tính toán cho các bài toán thực tế hiện nay đã có rất nhiều phương pháp được sử dụng như: phương pháp phần tử hữu hạn (FEM – Finite Element Method), phương pháp thể tích hữu hạn (FVM – Finite Volume Method), phương pháp sai phân hữu 2
18. hạn (FDM – Finite Difference Method) , và nói chung các phương pháp này đều sử dụng việc chia lưới, việc chia lưới lại phải phụ thuộc vào hình dạng của vật thể. Đối với những bài toán mà hình dạng vật thể phức tạp thì việc chia lưới theo những cách thông thường sẽ càng trở nên khó khăn và chi phí tính toán lớn. Chính vì vậy cần tìm ra một phương pháp mà việc chia lưới đơn giản hơn để việc phân tích và tính toán bài toán có hiệu quả. Một phương pháp mới đã ra đời mà việc chia lưới rất đơn giản bằng cách chia lưới lưu chất trực tiếp trên các ô vuông của lưới Đề các, các ô lưới này cố định trong suốt quá trình tính toán và không phụ thuộc hình dạng của vật thể. Phương pháp đó có tên là “Phương pháp biên nhúng” (Immersed Boundary Method (IBM)). Hình 1.2: Chia lưới theo cách truyền thống (hình trên) và chia lưới bằng IBM (hình dưới) Phương pháp IBM (Immersed Boundary Method) lần đầu tiên được sử dụng và phát triển bởi Peskin (1972) để nghiên cứu lưu lượng máu quanh van tim. Đặc trưng phân biệt của phương pháp này là toàn bộ việc mô phỏng được tiến hành trực tiếp trên lưới Đề các, mà không phụ thuộc vào hình dạng của vật thể, và các điều kiện biên sẽ được áp đặt trực tiếp vào lưới Đề các, vì vậy được gọi là phương pháp 3
19. biên nhúng (IBM). Từ khi Peskin giới thiệu phương pháp này, thì việc phát triển và cải tiến về phương pháp này đã được đưa ra khá rộng rãi, và ngày nay nhiều phương thức tiếp cận về phương pháp này vẫn được đưa ra nghiên cứu và phát triển không ngừng. Có khá nhiều phương thức khác nhau sử dụng phương pháp lưới Đề các, mà phát triển ban đầu là việc mô phỏng dòng chảy không nhớt trên lưới Đề các khi được nhúng vào một vật thể có hình dạng phức tạp (Berger và Aftosmis 1998 [3], Clarke 1986 [4], Zeeuw và Powell 1993 [5]). Các phương pháp này sau đó đã được mở rộng để mô phỏng dòng chảy nhớt tĩnh (Udaykumar 1996 [6]). Về sau các ứng dụng của phương pháp này liên quan đến các bài toán chất lỏng tương tác chất lỏng hoặc chất lỏng tương tác với khí đã được phát triển bởi Scardovelli & Zaleski 1999 [7]. Một số bài báo nghiên cứu bằng phương pháp IBM từ năm 2010 đến nay có thể kể đến như: Ming, Sun, Duan và Zhang 2010 [8] đã cải tiến phương pháp IBM lưới phi cấu trúc để mô phỏng tương tác lưu chất và kết cấu, X. Zheng, Q. Xue và R. Mittal 2010 [9] đã kết hợp phương pháp IBM mặt giao phân cách nhọn với phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng dao động dòng được tạo ra bởi rãnh phát âm trong thanh quản của người, Jian Hao and Luoding Zhu 2011 [10] đề xuất phương pháp IBM ẩn sử dụng xấp xỉ lưới Boltzmann để cải thiện sự hạn chế về kích thước bước thời gian để duy trì ổn định số trong phương pháp IBM, Haeri và Shrimpton 2012 [11] áp dụng phương pháp IBM, phương pháp miền giả tưởng và lưới vật thể - bảo giác để mô phỏng các hạt trong dòng chảy đa pha, Sudeshna Ghosha và John M. Stockie 2013 [12] mô phỏng sự lắng đọng của các hạt rắn trong chất lỏng nhớt Đối với trong nước thì phương pháp IBM là phương pháp còn khá mới mẻ, các công trình nghiên cứu chưa lớn mạnh và còn mang tính khởi đầu. Cơ học lưu chất là một vấn đề rộng lớn và rất khó khăn trong việc giải quyết vì các tính chất của chúng (tính liên tục, tính nén được, không nén được, tính nhớt ). Chúng ta chỉ nghiên cứu lưu chất trong một số trường hợp mà các tính chất của nó xem như là lí tưởng. Gần đây hãng phần mềm ANSYS hợp tác với Cascade Technologies đưa vào một mô đun add-on cho phần mềm ANSYS FLUENT 12.0 sử dụng phương pháp IBM. Liền sau đó hãng xe hơi Loremo AG ở Đức đã làm việc 4
20. với các nhân viên ANSYS để mô phỏng chiếc ô tô thế hệ mới của Loremo, chiếc ô tô này sẽ đạt vận tốc tối đa 160 km/h, với lượng tiêu thụ nhiên liệu ít hơn 2 lít trên 100 km. Khí thải CO2 sẽ khoảng 50 grams trên 1 km, thấp hơn rất nhiều so với 130 grams trên 1 km được đưa ra bởi European Union. Ở vận tốc cực đại, sự ổn định sẽ là một vấn đề, khi mà xe chỉ nặng 600 kilograms. Họ đã mô phỏng vấn đề này bằng phương pháp IBM so với kết quả mô phỏng thông thường đều cho kết quả tương đồng tốt, trong khi đó phương pháp IBM tiết kiệm thời gian đáng kể − dưới một giờ còn phương pháp thông thường gần 25 giờ. Chiếc xe này đã được đưa vào sản xuất năm 2011 [13]. Hình 1.3: Bản thiết kế của xe Loremo với đường vận tốc từ mô phỏng khí động học Bảng 1.1: Thống kê so sánh giữa phương pháp xử lý truyền thống và phương pháp IBM đối với xe Loremo. Các thông số ở đây là xấp xỉ Phương pháp truyền thống Phương pháp IBM Làm sạch hình học từ 16 giờ Không áp dụng CAD Chia lưới bề mặt 8 giờ Không áp dụng 5
21. Chia lưới thể tích 0.5 giờ 0.25 giờ Số lượng lưới 2,000,000 3,000,000 Bộ nhớ số lượng lưới 2 Gb 4.5 Gb 1.2 Tính cấp thiết đề tài Mặc dù việc tính toán động lực học chất lỏng với sự hỗ trợ đắc lực của các mã CFD cùng với máy vi tính hiệu năng cao, nhưng các phương pháp áp dụng cho việc tính toán đều sử dụng việc chia lưới, việc chia lưới lại phải phụ thuộc vào hình dạng của vật thể. Với những bài toán mà hình dạng vật thể phức tạp thì việc chia lưới theo những cách này sẽ tạo nên sự khó khăn và chi phí tính toán lớn. Đã có một phương pháp mới là phương pháp IBM mà việc chia lưới rất đơn giản bằng cách chia lưới trực tiếp trên các ô vuông của lưới Đề các, các ô lưới này cố định trong suốt quá trình tính toán và không phụ thuộc vào hình dạng của vật thể. Tuy vậy, so với những phương pháp khác thì số lượng người nghiên cứu cũng như các bài báo khoa học về phương pháp này cũng còn khá khiêm tốn, đặc biệt ở trong nước thì việc nghiên cứu đối với phương pháp này còn mang tính khởi đầu. Ứng dụng của IBM là tập trung chủ yếu vào lưu chất có di chuyển của các biên, tương tác giữa lưu chất và kết cấu, mô phỏng dòng chảy xung quanh những vật thể có dạng hình học phức tạp. Chính vì vậy trong luận văn này tác giả lựa chọn phương pháp IBM để nghiên cứu tương tác giữa lưu chất và vật thể đàn hồi. Kết quả của luận văn này cũng mong góp một phần công trình nghiên cứu của mình vào các công trình nghiên cứu trong nước giúp những người muốn nghiên cứu về phương pháp IBM có thêm tài liệu nghiên cứu, tham khảo và phát triển. 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4