BIẾN MÔ PHỎNG CFD TRỞ THÀNH PHƯƠNG PHÁP TIÊU CHUẨN TRONG THIẾT KẾ TÀU

Mô phỏng CFD trong thiết kế tàu

Tại hội nghị Simcenter 2018 trực tuyến được tổ chức ở Prague, diễn giả chính – Nancy Rademaker đã lấy ví dụ về băng cát-sét để nhắc đến ‘bình thường cũ’ – thứ từng được xem là tiêu chuẩn trong ngành âm nhạc nhưng giờ đã được thay thế bằng ‘bình thường mới’. Nền âm nhạc đã trở nên hiện đại hóa hơn bằng việc chuyển đổi kỹ thuật số. Điều này được gọi là bình thường mới và các thế hệ trẻ thường không quan tâm hoặc hiểu về bình thường cũ là gì.

Tôi chắc chắn rằng hầu hết chúng ta đều có thể chấp nhận điều này diễn ra đối với âm nhạc, nhưng liệu chúng ta có sẵn sàng cho những điều bình thường mới diễn ra ở mọi khía cạnh của cuộc sống? Hay những ý tưởng và cách làm của chúng ta vẫn dựa trên nền tảng bình thường cũ? Điều này có ảnh hưởng gì đối với ngành công nghiệp hàng hải?

Phương pháp cũ: Thử nghiệm towing tank test

Chúng ta có thể thấy sự xung đột giữa cái cũ và cái mới diễn ra thường xuyên trong ngành công nghiệp hàng hải. Mặc dù ngành công nghiệp này đã thay đổi theo sự phát triển của thời đại. Ví dụ như việc sử dụng mô hình CAD thay cho bản vẽ phác thảo hiện đang là thông lệ tiêu chuẩn trong thiết kế tàu

. Tuy nhiên, ngành này đang thay đổi chậm hơn so với các ngành khác. Điều này thể hiện ở việc chúng ta vẫn xác nhận tính phù hợp của từng thiết kế thông qua thử nghiệm towing tank test trên một mô hình tỷ lệ. Chẳng hạn như việc chuyển các phép đo tỷ lệ mô hình sang kích thước tàu thực có nhiều điểm không chắc chắn và yêu cầu sử dụng các công thức tỷ lệ theo kinh nghiệm là một hạn chế của towing tank test.

Ngoài ra, do sự khác biệt về số Reynolds, rất khó để nghiên cứu chính xác sự tương tác giữa các bộ phận quan trọng như cánh quạt, phần phụ và vỏ tàu. Sự phụ thuộc vào phương pháp còn nhiều hạn chế, tốn kém và tốn thời gian này đang khiến ngành công nghiệp hàng hải gặp khó khăn trong việc đổi mới thiết kế và nâng cao hiệu suất.

Việc chuyển sang mô phỏng kỹ thuật số càng trở nên đáng quan tâm hơn khi khi nghĩ rằng ngành công nghiệp hàng hải cũng có thể dẫn đầu thế giới về đổi mới và cập nhật xu hướng công nghệ mới. Ví dụ, Maersk đang đầu tư vào việc sử dụng blockchain trong chuỗi cung ứng toàn cầu nhằm thúc đẩy hoạt động thương mại toàn cầu trở nên hiệu quả và an toàn hơn.

Trong thời điểm mà ngành công nghiệp này ngày càng trở nên quan trọng để đáp ứng các quy định nghiêm ngặt về môi trường, có vẻ như mọi người đều chấp nhận rằng mọi thứ cần phải thay đổi nhưng không ai sẵn sàng đưa ra quyết định để thực hiện việc thay đổi. Các ngành công nghiệp khác đã thích ứng nhanh hơn để áp dụng các thay đổi này.

Ví dụ, trong ngành hàng không vũ trụ, các mô hình CFD hiện được sử dụng cùng với các thử nghiệm trong đường hầm gió, đẩy nhanh các chương trình chứng nhận và giảm chi phí tổng thể. Tại sao hai ngành này lại có sự thích ứng khác nhau trong việc áp dụng các phương pháp mới? Làm thế nào mà công nghệ mô phỏng có thể được chấp nhận tương tự trong một ngành công nghiệp mà hàng hóa được coi như tính mạng con người với hàng triệu lượt di chuyển hàng ngày, nhưng lại chưa được tin cậy và đánh giá cao để thay đổi thiết kế của một tàu chở hàng?

Ngành hàng hải bình thường mới: Mô phỏng CFD trên mô hình kích thước thật

Tôi tin rằng đã đến lúc chuyển sang trạng thái bình thường mới đối với ngành hàng hải: Các thiết kế được phân tích bằng cách sử dụng mô phỏng CFD ở mô hình kích thước thực. Lợi ích bổ sung của phương pháp này là có thể thử nghiệm nhiều thiết kế trong các điều kiện vận hành thực tế, chẳng hạn như gió, sóng và khả năng tự chuyển động.

Tất cả những điều này đều không thể thực hiện được trong một thử nghiệm towing tank. Mặc dù tôi gọi đây là phương pháp bình thường mới, nhưng nó không phải là một phương pháp mới, mà là một công cụ được thiết lập tốt, đã được kiểm chứng với nhiều thử nghiệm thành công và được chứng minh cả trong các ngành công nghiệp khác. Hội thảo Lloyd’s Register 2017 về mô phỏng CFD trên mô hình kích thước thực đã chứng minh rằng khi được sử dụng đúng cách, CFD có thể khớp chính xác với dữ liệu thử nghiệm trên biển.

Whitebook này thể hiện việc sử dụng mô phỏng CFD đối với mô hình kích thước thực. Tác giả – Giáo sư Milovan Peric cho rằng ứng dụng CFD trên mô hình kích thước thực làm tăng giá trị mà mô phỏng mang lại cho thiết kế hàng hải. Sau khi làm việc thông qua một số ứng dụng hàng hải và xem xét các hạn chế thường gặp trong ngành, anh ấy kết luận rằng:

“Nhiều người dùng có kinh nghiệm trong lĩnh vực hàng hải đã và đang áp dụng thường xuyên và thành công các mô phỏng CFD trong điều kiện mô hình kích thước thực. Đối với những người vẫn còn do dự, đã đến lúc bắt đầu thu thập kinh nghiệm với xu hướng này. Sử dụng Simcenter STAR-CCM+ có thể giúp bạn đáp ứng mục tiêu phân tích mô hình kích thước thực của các hệ thống hoàn chỉnh trong điều kiện hoạt động thực tế bằng cách tạo ra một bản sao kỹ thuật số của hệ thống thực.”

Đây là tầm nhìn của tôi về thiết kế bình thường mới trong ngành hàng hải: Sử dụng bản sao kỹ thuật số linh hoạt của một con tàu với dữ liệu mô phỏng và dữ liệu CAD mô hình thực, có thể bao gồm dữ liệu thử nghiệm trên biển (nếu có). Bản sao kỹ thuật số này bao gồm tất cả các khía cạnh về hiệu suất tàu và hỗ trợ tất cả các bên liên quan có thể truy cập trong thời gian thực. Với tính năng này, bạn có thể nhanh chóng kiểm tra nhiều tình huống ‘’what if’’.

Điều gì ảnh hưởng đến an toàn và hiệu suất khi tàu bị hư hại hoặc gặp điều kiện thời tiết bất lợi? Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta thiết kế lại thân tàu? Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta chuyển từ vận chuyển bằng tàu sang các loại hình thay thế khác? Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta đổi sang một động cơ mới?

Hãy cân nhắc nếu điều này nghe có vẻ quá xa vời với bạn. Ngay cả 10 năm trước, bạn có đoán được rằng mình sẽ nghe nhạc trực tuyến trên cloud không? Nhưng bây giờ, điều này đã trở thành hiện thực. Do đó, sẽ thật tốt khi bản sao kỹ thuật số trở thành xu hướng bình thường mới trong thiết kế hàng hải. Câu hỏi duy nhất đặt ra là khi nào chúng ta sẽ chấp nhận nó như một tiêu chuẩn trong ngành hàng hải?

Nguồn: Siemens

Công ty TNHH Công Nghệ Số SDE (SDE TECH) được thành lập năm 2014. Đến năm 2018, chúng tôi vinh dự trở thành Smart Expert Partner – đối tác hàng đầu của Siemens Digital Industries Software tại Khu Vực Đông Nam Á – Thái Bình Dương cho các giải pháp Siemens NX (Unigraphics NX), Simcenter, Solid Edge, Tecnomatix và giải pháp quản lý Teamcenter.