Ảnh hưởng của hình dáng thượng tầng đến đặc tính khí động và giảm lực cản gió tác động lên tàu chở hàng sông

khí động học 
thân tàu được khảo sát thông qua sử dụng 
công cụ tính toán mô phỏng số thương mại 
Ansys-Fluent v.14.5. Để thực hiện việc tính 
toán mô phỏng khảo sát đặc tính khí động học 
thân tàu thông qua sử dụng công cụ tính toán 
thương mại, cần thiết phải thực hiện các bước 
tính toán cơ bản như sau: thiết kế mô hình 
tính toán; xây dựng miền không gian tính toán 
và chia lưới; đặt điều kiện tính toán và thực 
hiện tính toán. Trong mỗi bước thực hiện bài 
toán mô phỏng số CFD (Computational Fluid 
Dynamic), đều có ảnh hưởng đến kết quả tính 
toán [3, 5, 8]. Do vậy, quá trình thực hiện bài 
toán cần phải tuân theo những chỉ dẫn uy tín 
về tính toán mô phỏng số [9, 11, 12]. 
Trong nghiên cứu này, miền không gian tính 
toán được giới hạn bởi chiều dài 5L, chiều 
rộng L, chiều cao L tương ứng với kích thước 
200x40x40m. Chia lưới miền không gian tính 
toán với kiểu lưới không cấu trúc được 2,263 
triệu lưới. Mô hình rối k-ε được sử dụng, vân 
tốc dòng khí vào được thiết lập cho đầu vào 
với dải vận tốc tương ứng cấp gió từ cấp 1 
đến cấp 5, tương ứng Reynolds từ 6x106 đến 
2,2x10
7, nhiệt độ môi trường được lấy là 27oC 
tương đương với 300oK, đầu ra thiết lập với 
áp suất ra, bằng áp suất khí quyển 1,025at; 
khối lượng riêng của không khí lấy ρ=1,225 
kg/m
3, hệ số nhớt không khí là 1,7894x10-5 
kg/(ms). Từ đây các mô hình được thực hiện 
tính toán khảo sát đặc tính khí động thông qua 
công cụ tính toán mô phỏng CFD. Hình 2 thể 
hiện miền không gian tính toán và chia lưới 
cho bài toán. 
Hình 2. Miền không gian tính toán và chia lưới 
không cấu trúc thân tàu 
Trên cơ sở thực hiện tính toán khảo sát đặc 
tính khí động học thân tàu hàng sông nguyên 
bản, Hình 3 và 4 thể hiện một số kết quả phân 
bố áp suất bao quanh thân tàu khảo sát và lực 
cản gió tác động lên thân tàu. 
Trương Ngọc Kha và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 217 - 222 
219 
Hình 3. Phân bố áp suất bao quanh tàu khảo sát 
tại Rn=18,6x10
6 
Hình 4. Các thành phần lực cản gió tác động lên 
thân tàu hàng sông nguyên bản 
Từ kết quả phân bố áp suất trên Hình 3 cho 
thấy, tại các vùng trước lầu lái, boong dâng 
mũi và phía trước thành quây hầm hàng, áp 
suất lớn hơn, nhiễu động dòng nhiều hơn các 
vùng khác. Từ kết quả này cho thấy, có thể 
cải tiến hình dáng thân tàu để thu được kết 
quả phân bố áp suất dòng bao quanh tàu tốt 
hơn, ít nhiễu động và giảm diện tích vùng áp 
suất cao tác động lên thân tàu hơn. 
Kết quả tính toán lực cản gió tác động lên 
thân tàu trên Hình 4 cho thấy, trong dải vận 
tốc thấp 6,26 x 106 < Rn < 13,6 x 10
6
 hệ số lực 
cản gió tổng cộng tác động lên thân tàu ổn 
định, có giá trị khoảng 0,93. Phần lớn hệ số 
lực cản gió thuộc về thành phần lực cản do áp 
suất gây ra. 
PHÁT TRIỂN HÌNH DÁNG THƯỢNG 
TẦNG MỚI CHO TÀU HÀNG SÔNG 
Trên cơ sở hình dáng thượng tầng tàu nguyên 
bản với đặc tính khí động học đã khảo sát, 
một số thay đổi hình dáng thượng tầng tàu 
được thực hiện trong phần này. Hình 5 thể 
hiện hình dáng thượng tầng lầu, boong dâng 
mũi và thành quây hầm hàng thay đổi trên tàu 
nguyên bản. 
Hình 5. Phát triển hình dáng thượng tầng mới cho 
tàu hàng sông với thay đổi boong dâng mũi, N1; 
thay đổi thành quây hầm hàng, N2; thay đổi 
thượng tầng, N3 
Từ các mô hình được phát triển từ mô hình 
thân tàu nguyên bản. Các mẫu tàu mới được 
thực hiện tính toán khảo sát đặc tính khí động 
học tương ứng với các điều kiện như tàu 
nguyên bản để so sánh các đặc tính khí động 
học và lực cản gió tác động lên thân tàu. 
Trương Ngọc Kha và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 217 - 222 
220 
ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH DÁNG 
THƯỢNG TẦNG ĐẾN ĐẶC TÍNH KHÍ 
ĐỘNG HỌC VÀ LỰC CẢN GIÓ 
Trên cơ sở thực hiện tính toán khảo sát các 
mẫu tàu với thay đổi thượng tầng mũi N1, 
thành quây hầm hàng N2 và thượng tầng lầu 
lái N3, thu được các kết quả phân bố áp suất, 
dòng bao quanh thân tàu và lực cản gió tác 
động lên tàu. Hình 6, 7 thể hiện kết quả khảo 
sát và so sánh đặc tính khí động học các mẫu 
tàu tính toán khảo sát. 
Hình 6. Phân bố áp suất bao quanh thân tàu với 
thượng tầng mới, thay đổi boong dâng mũi, N1; 
thay đổi thành quây hầm hàng, N2; thay đổi 
thượng tầng, N3, Rn=18,6x10
6 
Từ kết quả phân bố áp suất bao quanh và trên 
bề mặt thân tàu khảo sát cho thấy rõ sự thay 
đổi của các vùng phân bố áp suất cao trên bề 
mặt thân tàu mới, các vùng nhiễu động áp suất 
bao quanh thân tàu đã thay đổi rõ ràng. Hình 8 
thể hiện kết quả tính toán các thành phần hệ số 
lực cản gió tác động lên thân tàu khảo sát ở 
vận tốc tương ứng với Rn=18.6 x 10
6
. 
Hình 7. Phân bố áp suất trên bề mặt thân tàu 
khảo sát N1, N2 và N3, Rn=18.6x10
6
Hình 8. Hệ số lực cản gió tác động lên thân tàu 
khảo sát N1, N2 và N3, Rn=18.6x10
6
Kết quả thể hiện trên Hình 8 cho thấy rõ sự 
thay đổi giảm lực cản đáng kể khi thay đổi 
hình dáng thân tàu, với thay đổi thượng tầng 
tàu, boong dâng và thành quây miệng hầm 
hàng của tàu. Với mẫu tàu mới, lực cản khí 
động có thể giảm được tới từ 13%-43% tương 
ứng với các mẫu tàu mới khảo sát N1 - N3 so 
với thân tàu nguyên bản. 
Trương Ngọc Kha và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 217 - 222 
221 
KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, đặc tính khí động học thân 
tàu hàng sông đặc thù trên tuyến sông miền 
Bắc Việt Nam được thực hiện khảo sát thông 
qua sử dụng công cụ phần mềm thương mại 
tính toán sô CFD, Ansys-Fluent V.14.5. 
Thông qua kết quả tính toán khảo sát các đặc 
tính khí động học thân tàu nguyên mẫu, một 
số cải tiến hình dáng thượng tầng tàu được 
thực hiện. 
Kết quả khảo sát thân tàu mới với những thay 
đổi hình dáng lầu lái (N3), thành quây hầm 
hàng (N2) và boong dâng mũi (N1) đã cho 
thấy rõ sự ảnh hưởng của hình dáng thượng 
tầng tàu đến đặc tính khí động học và mức độ 
giảm lực cản gió tác động lên thân tàu khảo 
sát. Từ kết quả tính toán mô phỏng cho thấy, 
với hình dáng thân tàu mới có thể giảm được 
tới 13% - 43% tổng lực cản gió tác động lên 
tàu. Kết quả này cho thấy rõ sự phù hợp giữa 
kết quả tính toán mô phỏng đặc tính khí động 
học thân tàu đã thể hiện qua kết quả phân bố 
áp suất, dòng bao và phân bố áp suất trên bề 
mặt thân tàu khảo sát. 
Kết quả nghiên cứu thể hiện trong bài báo này 
là cơ sở cần thiết cho các nghiên cứu tối ưu 
thiết kế hình dáng khí động học thân tàu nói 
chung và tàu hàng sông nói riêng. Đồng thời 
là những căn cứ quan trọng cho nghiên cứu 
giảm lực cản, tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao 
hiệu quả kinh tế khai thác tàu. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. N.V. He and Y. Ikeda (2013), “A Study on 
Interaction Effects between Hull and Acc on Air 
Resistance of a Ship”, Proc. 16th JASNAOE, 
Hiroshima, Japan, pp.281-284. 
2. K. Mizutani et al. (2013), “Effects of cargo 
handling equipment on wind resistance acting on a 
WCC”, Proc. 16th JASNAOE, Hiroshima, Japan, 
pp.421-425. 
3. N.V. He, Y. Nihei and Y. Ikeda (2012). A 
Study on Application of a Commercial CFD Code 
to Reduce Resistance Acting on a Non Ballast 
Tanker – Part 2. The 6th Asia-Pacific Workshop on 
Marine Hydrodynamic, Johor, 264-269. 
4. T. Tatsumi et al. (2011), “Development of a 
new energy saving tanker with non ballast water - 
Part 1”, The JSNAOE, Fukuoka, (2011) 216-218. 
(in Japanese) 
5. N.V. He, Y. Ikeda (2014), “Added resistance 
acting on hull of a non ballast water ship”, Journal 
of Marine Science and Application, Vol. 13 No1, 
pp. 11-12. 
6. Ngo. V. H, Mizutani. K, Ikeda. Y, (2016). 
Reducing air resistance acting on a ship by using 
interaction effects between the hull and 
accommodation. Ocean Engineering Journal, Vol. 
111, pp. 414-423. DOI: 
10.1016/j.oceaneng.2015.11.023. 
7. N.V. He, (2017), “A study on development of 
a new concept cargo river ship with reduced 
resistance in calm water”, Journal of Science and 
Technology, Vol. 121, pp.89-94. 
8. N.V. Hệ, (2017), “Tính toán công suất máy 
cần thiết cho tàu cao tốc thông qua sử dụng CFD”, 
Tạp chí KHCN Đại học Thái Nguyên, tập 173, số 
13, 2017. 
9. H.K. Versteeg et al. (2015), “An Introduction 
to Computational Fluid Dynamics, the Finite 
Volume Method”, 2nd Edition, Pearson Education. 
10. B. Mohammadi, O. Pironneau (1994), 
“Analysis of the K-epsilon turbulence model”, 
Wiley & Sons. 
11. ITTC (2011), “The resistance committee”, 
Final report and recommendations to 26
th
 ITTC, 
Vol.1. 
12. ANSYS Inc (2015), User's Guide v.15.0.
Trương Ngọc Kha và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 217 - 222 
222 
ABSTRACT 
EFFECT OF AN ACCOMMODATION SHAPE 
ON AERODYNAMIC PERFORMANCE AND REDUCED 
AIR RESISTANCE ACTING ON A CARGO RIVER SHIP 
Truong Ngoc Kha, Nguyen Minh Tuan, Ngo Van He
* 
Hanoi University of Science and Technology 
In this paper, the authors present some results of studies on aerodynamics performances and the 
effects of an accommodation shape on the aerodynamic performance of a cargo river ship. From 
results of analysis aerodynamic performances of the ship, several comments and proposed new 
hull form for the ship to reduce wind resistance is done. A popular kind of the cargo river ship 
which is almost used at currently river transportation on the northern Vietnam river is selected as a 
reference model. From the results of analysis computed results on aerodynamic performance of the 
original ship, several new hull form with improving accommodation shape are proposed for the 
ship to improve aerodynamic performance and reduced air resistance acting on the original ship. 
The results of this research are needed to help optimize the aerodynamic hull shape as well as 
reduce air resistance acting on hull, reduced fuel consumption and improve economic efficiency of 
the ship operation. 
Keywords: accomodation, hull, aerodynamic performance, air resistance, reduced air resistance 
Ngày nhận bài: 21/11/2018; Ngày hoàn thiện: 29/11/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018 
*
 Tel: 0379 482746, Email: he.ngovan@hust.edu.vn