View and download: https://uploading.vn/sdhxmnpulcga Hoặc https://www.mediafire.com/folder/m2yoab6ehwerl/Nghiên+cứu+tác+động+của+dòng+chảy+đến+tàu+thủy+tại+khu+neo+đậu+Vũng+Tàu

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
PHẠM NGUYÊN ĐĂNG KHOA
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA DÒNG CHẢY
ĐẾN TÀU THỦY TẠI KHU NEO ĐẬU VŨNG TÀU
Ngành: Khoa học Hàng hải
Mã số: 9840106
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH – 2021

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
PHẠM NGUYÊN ĐĂNG KHOA
NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA DÒNG CHẢY
ĐẾN TÀU THỦY TẠI KHU NEO ĐẬU VŨNG TÀU
Ngành: Khoa học Hàng hải
Mã số: 9840106
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Xuân Phương
2. TS. Vũ Văn Duy
TP. HỒ CHÍ MINH - 2021

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Phạm Nguyên Đăng Khoa - Nghiên cứu sinh ngành Khoa học
hàng hải và là tác giả luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu tác động của dòng chảy đến
tàu thủy tại khu neo đậu Vũng Tàu”, dưới sự hướng dẫn của tập thể người
hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Xuân Phương và TS. Vũ Văn Duy.
Bằng danh dự của bản thân, Nghiên cứu sinh xin cam đoan rằng:
- Luận án này là công trình nghiên cứu của riêng Nghiên cứu sinh, không
có phần nội dung nào được sao chép một cách bất hợp pháp từ công trình
nghiên cứu của tác giả hay nhóm tác giả khác;
- Các kết quả nghiên cứu, số liệu được nêu trong luận án chưa được ai
công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác trước đó;
- Các thông tin, số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo trong luận án đều
được chỉ rõ về xuất xứ, nguồn gốc và đảm bảo tính trung thực.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 5 năm 2021
Tác giả luận án
Phạm Nguyên Đăng Khoa

4. ii
LỜI CẢM ƠN
Với sự nỗ lực không ngừng của bản thân trong quá trình học tập, nghiên
cứu, vận dụng kiến thức đã học trong Nhà trường và trải qua thực tiễn công tác,
đồng thời, được sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của các thầy hướng dẫn khoa học,
các nhà khoa học, thầy cô giáo, đồng nghiệp và gia đình, đến nay luận án tiến sĩ
của Nghiên cứu sinh đã được hoàn thành.
Có được kết quả này, trước tiên, Nghiên cứu sinh xin trân trọng bày tỏ
sự tri ân đến PGS. TS. Nguyễn Xuân Phương, TS. Vũ Văn Duy đã hướng dẫn
tận tình, chu đáo trong suốt quá trình NCS học tập, nghiên cứu và thực hiện luận
án tiến sĩ của mình tại Trường Đại học Giao thông vận tải TP.Hồ Chí Minh.
Nghiên cứu sinh trân trọng cám ơn sự động viên và tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất của Ban Giám hiệu Trường Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ
Chí Minh, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Hàng hải, Viện Cơ Khí, các Trung
tâm và các Phòng ban; Ban Giám hiệu Trường Đại học Hàng hải Việt Nam,
Viện Đào tạo sau đại học, Khoa Hàng hải, Viện Cơ Khí, các Trung tâm và các
Phòng ban; Ban Lãnh đạo Cảng vụ Hàng hải TP. Hồ Chí Minh, các Phòng ban
và các Đại diện tại các Khu vực; Ban Lãnh đạo Cảng vụ Hàng hải Vũng Tàu,
các Phòng ban và các Đại diện tại các Khu vực; các Công ty vận tải biển trong
quá trình NCS học tập và nghiên cứu.
Nghiên cứu sinh trân trọng cám ơn sự động viên và tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất của Tổng Giám đốc Công ty Cổ phần Âu Lạc, Ban Lãnh đạo
Công ty, Trung tâm Thuyền viên, Phòng An toàn, Phòng Kỹ thuật vật tư, Phòng
Khai thác, Ban Chỉ huy và tập thể Thuyền viên các tàu Aulac Jupiter, Aulac
Vision trong quá trình NCS học tập và nghiên cứu.
Nghiên cứu sinh trân trọng cám ơn và cầu thị tiếp thu các ý kiến đóng
góp và nhận xét từ các nhà khoa học, các chuyên gia, giảng viên, cán bộ công
nhân viên trong và ngoài Nhà trường.

5. iii
Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Thầy Cô là Cán bộ, Chuyên viên
của Viện Đào tạo sau đại học, Viện Hàng hải, các Phòng ban chức năng của Nhà
trường đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình NCS
học tập, thực hiện và hoàn thành luận án tiến sĩ tại Nhà trường.
Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình, người thân, bạn bè và
đồng nghiệp, đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất, trong suốt thời
gian làm Nghiên cứu sinh.
Nghiên cứu sinh rất mong tiếp tục nhận được sự đóng góp ý kiến cho
luận án từ các nhà khoa học, các thầy cô giáo, cán bộ, giảng viên và đồng
nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 5 năm 2021
Tác giả luận án
Phạm Nguyên Đăng Khoa

6. iv
TÓM TẮT
Theo kết quả thống kê của Cục Hàng hải Việt Nam, trong những năm
gần đây, cả nước trung bình mỗi năm có gần 30 vụ tai nạn hàng hải nghiêm
trọng liên quan đến tàu biển, trong đó số vụ tai nạn hàng hải xảy ra khá nhiều tại
khu vực Vũng Tàu. Một trong những nguyên nhân gây ra tai nạn hàng hải là
người điều khiển tàu biển không làm chủ được tác động của các yếu tố ngoại
cảnh lên tàu. Tại khu vực neo đậu Vũng Tàu, đã có nhiều cảnh báo nguy cơ trôi
neo, va chạm do tác động của yếu tố ngoại cảnh, tuy nhiên nhiều vụ tai nạn vẫn
xảy ra. Từ các tai nạn hàng hải cho thấy, việc am hiểu và tính toán cụ thể tác
động của yếu tố ngoại cảnh tới tàu biển tại khu neo đậu với các trường hợp khác
nhau, sẽ giúp cho thuyền trưởng, hoa tiêu, doanh nghiệp quản lý khai thác bến
phao neo, khu vực neo có được giải pháp neo đậu đảm bảo an toàn.
Với bề dầy lịch sử của ngành hàng hải, hiện nay trong chuyên ngành có
khá nhiều công thức tính lực căng lỉn neo và lực giữ neo, nhưng chủ yếu là công
thức thực nghiệm. Trong thực tiễn, những người điều khiển tàu mẫn cán nhất
cũng chỉ tính toán các giá trị này trước khi đưa tàu vào neo và ngay khi neo
xong, khi dòng chảy thay đổi theo hướng bất lợi họ không kịp tính toán để có
giải pháp kịp thời.
Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu tác động của dòng chảy tại khu vực
neo đậu lên tàu thủy sẽ đóng góp vào đảm bảo an toàn trong thực tiễn hàng hải
tại các khu neo đậu. Với từng con tàu cụ thể, đặc điểm khu vực neo đậu đã thiết
kế, thông tin về yếu tố ngoại cảnh đã biết, ta có thể tính toán bộ dữ liệu lớn, có
sẵn trên từng tàu gồm các giá trị lực căng lỉn neo và các giá trị lực giữ neo tương
ứng để trước khi đến khu neo, trước khi neo hay bất cứ thời điểm nào, người
điều khiển tàu đều có thể nhanh chóng tra được các giá trị và tùy thuộc vào tình
trạng thực tại của khu neo như mật độ tàu thuyền khác đang neo xung quanh,
tình hình thời tiết và khí tượng thủy văn để đưa ra quyết định kịp thời và phù
hợp, hạn chế được nguy cơ mất an toàn hàng hải.
Xuất phát từ lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu tác động của
dòng chảy đến tàu thủy tại khu neo đậu Vũng Tàu”, theo hướng nghiên cứu ứng
dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu (CFD_Computational Fluid
Dynamics) trong khoa học hàng hải, với thế mạnh là sử dụng chương trình tính
toán mô phỏng Fluent - Ansys để tính toán, phân tích, đánh giá tác động của

7. v
dòng chảy đến tàu thủy. Để đạt được mục tiêu đề ra, luận án đã giải quyết các
vấn đề theo trình tự sau:
- Tổng hợp và phân tích cơ sở lý luận liên quan đến luận án như: Cơ sở lý
thuyết về neo đậu tàu thủy, phương pháp tính toán động lực học chất lưu, đặc
điểm khu neo đậu Vũng Tàu;
- Xây dựng mô hình nghiên cứu tổng quát cho phép áp dụng cho tàu thủy
bất kỳ tại khu neo đậu bất kỳ trên nền tảng ứng dụng phương pháp số, với đầu
vào là: biên dạng vỏ tàu, tình trạng tải trọng, độ sâu khu vực neo đậu, chất đáy
khu neo đậu, miền tốc độ dòng chảy tại khu vực, vị trí lỗ nống neo và chiều dài
lỉn neo; đầu ra là: các thông số động lực học dòng chảy tác động lên vỏ tàu và
lỉn neo để từ đó xác định được lực căng lỉn neo;
- Để minh chứng cho phương pháp luận nói trên, luận án đã triển khai cho
mô hình tàu cụ thể với tàu dầu Aulac Jupiter của Công ty Cổ phần Âu Lạc neo
đậu tại khu vực Vũng Tàu, với hệ số đồng dạng hình học k = 100, có số lượng
điểm tính toán mô phỏng cho 3 trường hợp mớn nước khác nhau tương ứng với
3 chế độ tải trọng là đầy tải, nửa tải và không tải. Ứng với mỗi mớn nước ta tính
cho 5 giá trị vận tốc dòng chảy khác nhau 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40 (knot),
chiều dài lỉn neo là 110 (cm), chiều sâu khu vực Vũng Tàu là 14 (cm). Như vậy,
sẽ có 15 điểm tính toán mô phỏng. Để hiệu chỉnh mô hình toán cho hạn chế sai
số tốt nhất, NCS đã tiến hành thiết kế và chế tạo trực tiếp một hệ thống thực
nghiệm cho cùng mô hình tàu Aulac Jupiter với các điểm làm việc tương đồng
với bài toán mô phỏng số;
- Sau khi đã có 15 điểm tính toán lực căng lỉn neo theo mớn nước và tốc độ
dòng chảy khác nhau, NCS ứng dụng phép nội suy Lagrange để xây dựng hàm
số xác định lực căng lỉn neo theo vận tốc khi cố định mớn nước, điều này cho
phép ta tính toán được lực căng lỉn neo ở các điểm tốc độ dòng chảy khác nhau.
Với mỗi con tàu cụ thể, khu neo đã biết, các yếu tố khí tượng thủy văn
giả định, ứng dụng nghiên cứu này ta xây dựng bộ dữ liệu lớn có sẵn trên từng
tàu giúp người điều khiển có thể tham khảo nhanh trong bộ dữ liệu đó các giá trị
về lực căng lỉn neo và các giá trị lực giữ của neo để kịp thời đưa ra quyết định
phù hợp, đảm bảo an toàn tàu.
Từ khóa- Lực căng lỉn neo, phương pháp tính toán động lực học chất
lưu, khu neo Vũng Tàu.

8. vi
ABSTRACT
According to the statistics of the Vietnam Maritime Administration, in
the recent years, it is nearly 30 serious marine accidents each year in our
country. Most of them occurred quite a lot in the Vung Tau area. One of the
primary causes for these marine accidents is that mariners can not
control external factors impacting on ship. In anchored areas in Vung Tau, there
are many warnings for risk of drift anchor, clash occurred by surroundings, for
which some maritime accidents had been occurred in this area. From these such
marine accidents, the understand and calculation on specific impact of external
factors to a vessel at anchored area in different manners, shall
help Captains, Pilots, Management at mooring buoys, anchorage get more safety
solutions for anchoring.
During the long history of maritime industry, currently, there are many
formulas for calculating anchor-chain tension force and anchor holding force,
but most of them are experimental research. In fact, even the most experienced
mariners are only able to calculate these values before vessel arriving anchorage
as well as completing anchoring, they cannot calculate in time to get the timely
solution when in case of flow changes in an adverse tendency.
Therefore, a research concentrating on impact of flow at anchorage area
against vessels is very important to ensure safety of navigation. By each specific
vessel, designed specification of anchored area and noticed surrounding
factors, we can calculate a ‘big data’ set available onboard each vessel
including anchor-chain tension force and anchor holding force, for which any
mariner can quickly check these kinds of value before arriving at anchored
position or any time, depending on actual conditions in the anchorage such as
other anchored vessels, weather and hydro-meteorological conditions to make
timely and appropriate decisions, reduce the risk.
For foregoing reasons, I make this thesis named "Research on the impact
of flow to vessel in Vung Tau anchorage area", intend to apply researching and
applying Computational Fluid Dynamics (CFD) in marine study, with the
support of Fluent - Ansys simulation calculation program to calculate, analyse,
and evaluate the impact of flow on vessel. To achieve the set objectives, the
thesis has solved the problems in the following:

9. vii
- Synthesize and analyze theoretical basis related to the thesis such as:
Theoretical basis of anchoring technique, Computational Fluid Dynamics, Vung
Tau anchorage characteristics;
- Develop a general research model that allows application to any vessels
at any anchorage on the basis of applying numerical methods, with inputs:
specific hull profile, loading condition, depth the anchoring area, characteristics
of the bottom layer of the anchorage, speed of flow in the area, position of the
hawse pipe and length of the anchor-chain; the outputs are: the dynamic
parameters of the current acting on the hull and anchor-chain to determine the
anchor-chain tension force;
- To prove the above methodology, the thesis deployed a specific ship
model, the M/T Aulac Jupiter of Aulac Corporation, anchored in Vung Tau
anchorage: With the number of simulation points for 3 different draft cases
corresponding to 3 loading conditions are full load, half load and no-load. For
each draft, we calculate 5 different values of flow velocity {0.20; 0.25; 0.30;
0.35; 0.40} (knot), length of anchor-chain is 110 (cm), depth of anchored
position at Vung Tau anchorage is 14 (cm). Thus, there will be 15 simulation
points. To adjust the mathematical model for the best error limit, the
PhD.Student has directly designed and manufactured an experimental system for
the same M/T Aulac Jupiter model with similar working points with the
numerical simulation problem;
- After having the 15 points calculating of anchor-chain tension force
according to different draft and flow speed, the researcher applied Lagrange
interpolation to build the functions to determine the anchor-chain tension force
according to flow rate when fixing the draft. This allows us to calculate the
anchor-chain tension force at any flow rate in the anchorage.
For each specific vessel and given anchorage, assumed hydro-
meteorological factor and the application of this research, we can build a big-
data set available onboard each vessel to help mariners quickly refer the value of
the anchor-chain tension force and the anchor holding force to make the timely
and appropriately decision, to ensure safety.
Index Terms- Anchor chain tension force, CFD, Vung Tau anchorage.

10. viii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................ii
TÓM TẮT ............................................................................................................ iv
ABSTRACT......................................................................................................... vi
MỤC LỤC..........................................................................................................viii
DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU............................................................... xi
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ................................................................ xiv
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................... xvi
MỞ ĐẦU............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án........................................................................ 1
2. Mục tiêu của luận án ......................................................................................... 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................................... 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ....................................................... 3
5. Những đóng góp của luận án............................................................................. 4
6. Phương pháp nghiên cứu của luận án ............................................................... 5
7. Bố cục của luận án ............................................................................................ 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................. 7
1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu của luận án................................................. 7
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới liên quan đến luận án ....................... 7
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến luận án ....................... 15
1.2 Tổng quan về khu neo đậu Vũng Tàu........................................................... 16
1.2.1 Vị trí địa lý và tầm quan trọng của khu vực cảng Vũng Tàu................. 16
1.2.2 Chế độ khí tượng thủy văn..................................................................... 22
1.3 Cơ sở lý thuyết liên quan .............................................................................. 24
1.3.1 Một số khái niệm về chất lỏng............................................................... 24

11. ix
1.3.2 Khái niệm về tính toán động lực học chất lưu....................................... 27
1.3.3 Cơ sở lý thuyết về neo đậu tàu thủy....................................................... 29
1.4 Giới hạn vấn đề nghiên cứu của luận án....................................................... 33
1.5 Kết luận chương 1 ......................................................................................... 34
CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC
HỌC CHẤT LƯU XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG LỈN NEO TÀU THỦY .............. 35
2.1 Xây dựng quy trình nghiên cứu..................................................................... 35
2.1.1 Xây dựng mô hình bài toán.................................................................... 35
2.1.2 Cơ sở toán học........................................................................................ 36
2.1.3 Quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu....... 39
2.2 Tính toán mô phỏng tác động của dòng chảy đến tàu thủy khi neo đậu....... 42
2.2.1 Giới hạn phương án tính toán mô phỏng ............................................... 42
2.2.2 Phân tích kết quả tính toán mô phỏng.................................................... 42
2.3 Kết luận chương 2 ......................................................................................... 56
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG
LỈN NEO TÀU THỦY........................................................................................ 57
3.1 Phương án nghiên cứu thực nghiệm.............................................................. 57
3.2 Thiết kế, chế tạo và trang bị thiết bị nghiên cứu thực nghiệm...................... 58
3.2.1 Thiết kế chế tạo mô hình vỏ tàu............................................................. 58
3.2.2 Thiết bị đo lực ........................................................................................ 59
3.2.3 Thiết bị đo tốc độ dòng chảy.................................................................. 60
3.2.4 Thiết kế chế tạo kênh dẫn tuần hoàn...................................................... 61
3.3 Một số công việc chính phục vụ nghiên cứu thực nghiệm ........................... 62
3.3.1 Vệ sinh hệ thống, chuẩn bị thiết bị và cấp nước cho hệ thống tuần hoàn62
3.3.2 Lắp đặt thiết bị ....................................................................................... 63
3.3.3 Vận hành hệ thống thực nghiệm ............................................................ 64

12. x
3.4 Kết luận chương 3 ......................................................................................... 69
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG LỈN
NEO..................................................................................................................... 70
4.1 Cơ sở toán học về nội suy hàm số................................................................. 70
4.2 Ứng dụng phương pháp nội suy Lagrange xây dựng công thức xác định lực
căng lỉn neo ......................................................................................................... 71
4.3 Phân tích đánh giá lực căng lỉn neo và lực giữ neo cho tàu Aulac Jupiter tại
khu vực neo đậu Vũng Tàu ................................................................................. 75
4.3.1 Các thông số neo, lỉn neo của tàu Aulac Jupiter.................................... 75
4.3.2 Phân tích đánh giá lực căng lỉn neo và lực giữ neo ............................... 76
4.4 Hướng ứng dụng nghiên cứu vào lao động sản xuất .................................... 79
4.5 Kết luận chương 4 ......................................................................................... 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 84
1. KẾT LUẬN..................................................................................................... 84
2. KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 85
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA
NGHIÊN CỨU SINH.......................................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 89
PHẦN PHỤ LỤC.............................................................................................. 101
PHỤ LỤC 1................................................................................................... 102
PHỤ LỤC 2................................................................................................... 119

13. xi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Giải thích ý nghĩa
AIS Hệ thống tự động nhận dạng
D Lượng giãn nước của tàu (tấn)
DWT Trọng tải toàn phần
F0 Ngoại lực tổng hợp tác động vào tàu khi neo (kG)
Fg Lực tác động của gió lên phần nổi của tàu khi neo (kG)
Fd
Lực tác động của dòng chảy vào phần chìm của tàu khi neo
(kG)
Fm Lực tác động theo bài toán mô hình
Ft Lực tác động theo bài toán thực
FG Lực giữ của neo (kG)
g Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2
H Độ cao từ lỗ nống tới đáy biển (m)
k Hệ số đồng dạng
kg Hệ số lực cản của gió đối với tàu biển
kd Hệ số lực cản của dòng chảy đối với tàu
Kl Hệ số lực giữ của neo
L
Chiều dài đặc trưng, có giá trị bằng chiều dài toàn bộ tàu
(m)
L1 Chiều dài của lỉn neo nằm trên đáy
ln Chiều dài lỉn neo (m)

14. xii
Mm Mô men theo bài toán mô hình
Mt Mô men theo bài toán thực
NCS Nghiên cứu sinh
NM Hải lý = 1.852 mét
P Lực giữ của neo
Pl Trọng lượng 1m lỉn neo trong nước
Pn Trọng lượng neo tính bằng kG
R Lực căng lỉn neo
RANS Phương pháp trung bình hóa số Reynol
Rx Lực cản tác động lên tàu thủy theo phương dọc thân tàu
S Diện tích mặt tiếp xúc của vỏ tàu (m2
)
SOLAS Công ước Quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển
T Mớn nước (m)
TT ĐLHCL Tính toán động lực học chất lưu
V Vận tốc dòng chảy (knot)
Vg Tốc độ gió (m/s)
Vm Vận tốc dòng chảy bài toán mô hình
VOF Thể tích chất lỏng
Vt Vận tốc dòng chảy bài toán thực
Wa
Khối lượng của neo trong nước, tính bằng 0,867 lần khối
lượng của neo trong không khí (kg)
Wc Khối lượng một mét lỉn neo trong nước (kg)

15. xiii
αk Tỷ lệ thể tích pha thứ k
γ Trọng lượng riêng, có đơn vị là N/m3
 Hệ số nhớt động lực, có đơn vị 2
Ns
m
 Góc nghiêng giữa lỉn neo và mặt phẳng đáy
λa Hệ số lực bám đáy của neo
λc Hệ số ma sát của lỉn neo
υ Hệ số nhớt động học, có đơn vị m2
/s
ρ Khối lượng riêng, có đơn vị là kg/m3
g
 Khối lượng riêng không khí

16. xiv
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Hình ảnh mô phỏng phương án neo đậu trên phần mềm MOSES......... 7
Hình 1.2 Phân tích kỹ thuật neo tàu bằng phần mềm MOSES............................. 8
Hình 1.3 Số lượng nghiên cứu có liên quan đến nội dung luận án giai đoạn
2012-2020............................................................................................................ 14
Hình 1.4 Sơ đồ khu vực cửa biển Vũng Tàu ...................................................... 18
Hình 1.5 Sơ đồ khu vực neo đậu Vũng Tàu........................................................ 19
Hình 1.6 Sơ đồ khu vực cảng xăng dầu Cù Lao Tào.......................................... 20
Hình 1.7 Sự phân bố đường kính hạt vật liệu đáy bùn trong Vịnh Gành Rái..... 21
Hình 1.8 Hướng và tốc độ dòng chảy tại một số khu vực neo đậu Vũng Tàu.... 22
Hình 1.9 Mô tả về điều kiện biên........................................................................ 27
Hình 1.10 Đồ thị mô tả kết quả thực nghiệm mô hình neo và neo thật.............. 33
Hình 2.1 Mô hình bài toán nghiên cứu ............................................................... 35
Hình 2.2 Quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu..... 39
Hình 2.3 Mô hình bài toán và hình ảnh chia lưới ............................................... 43
Hình 2.4 Phân bố áp suất và phân bố pha khi vận tốc dòng chảy là 0,2 knot..... 44
Hình 2.5 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,20 knot.................. 45
Hình 2.6 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,25 knot.................. 46
Hình 2.7 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,30 knot.................. 46
Hình 2.8 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,35 knot.................. 47
Hình 2.9 Lực tác động lên vỏ tàu khi không tải ở vận tốc 0,40 knot.................. 47
Hình 2.10 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,20 knot.................... 48
Hình 2.11 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,25 knot.................... 48
Hình 2.12 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,30 knot.................... 49
Hình 2.13 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,35 knot.................... 49
Hình 2.14 Lực tác động lên vỏ tàu khi nửa tải ở vận tốc 0,40 knot.................... 50
Hình 2.15 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,20 knot.................... 50

17. xv
Hình 2.16 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,25 knot.................... 51
Hình 2.17 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,30 knot.................... 51
Hình 2.18 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,35 knot.................... 52
Hình 2.19 Lực tác động lên vỏ tàu khi đầy tải ở vận tốc 0,40 knot.................... 52
Hình 2.20 Giá trị lực cản theo tốc độ dòng chảy ................................................ 54
Hình 2.21 Giá trị lực cản theo chế độ tải ............................................................ 54
Hình 2.22 Phân tích trọng lực lỉn neo ................................................................. 55
Hình 2.23 Phân tích lực tác động lên lỉn neo...................................................... 55
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bài toán nghiên cứu thực nghiệm.............................. 57
Hình 3.2 Hình ảnh mô hình tàu Aulac Jupiter .................................................... 58
Hình 3.3 Hình ảnh tàu Aulac Jupiter đang neo đậu ............................................ 59
Hình 3.4 Hình ảnh thiết bị đo lực........................................................................ 60
Hình 3.5 Hình ảnh thiết bị đo vận tốc dòng chảy ............................................... 60
Hình 3.6 Kích thước cơ bản kênh dẫn tuần hoàn................................................ 62
Hình 3.7 Hình ảnh cấp nước cho hệ thống.......................................................... 63
Hình 3.8 Hình ảnh kiểm tra hệ thống trước khi vận hành................................... 63
Hình 3.9 Hình ảnh chất thêm tải để thay đổi mớn nước..................................... 64
Hình 3.10 Sơ đồ bố trí lỉn neo tàu Aulac Jupiter tại khu neo đậu Vũng Tàu ..... 65
Hình 3.11 Mô hình tính toán lỉn neo tàu Aulac Jupiter ...................................... 65
Hình 3.12 Lực căng lỉn neo trên mô hình tàu Aulac Jupiter khi không tải......... 67
Hình 3.13 Lực căng lỉn neo trên mô hình tàu Aulac Jupiter khi nửa tải............. 67
Hình 3.14 Lực căng lỉn neo trên mô hình tàu Aulac Jupiter khi đầy tải............. 68
Hình 4.1 Giao diện sử dụng bộ dữ liệu neo đậu.................................................. 82

18. xvi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Số vụ tai nạn hàng hải xảy ra tại các cảng của Việt Nam và khu vực
Vũng Tàu............................................................................................................... 1
Bảng 1.1 Tổng hợp các công bố trên thế giới....................................................... 8
Bảng 1.2 Tổng hợp các công bố trong nước....................................................... 15
Bảng 1.3 Tổng hợp đặc điểm tự nhiên khu vực neo đậu Vũng Tàu................... 23
Bảng 1.4 Giá trị hệ số K1 phụ thuộc vào chất đáy .............................................. 31
Bảng 1.5 Hệ số lực bám đáy và hệ số ma sát của xích neo ................................ 32
Bảng 1.6 Các thông số cơ bản tàu Aulac Jupiter ................................................ 34
Bảng 2.1 Tổng hợp các đặc tính lựa chọn........................................................... 38
Bảng 2.2 Các đặc tính dòng chảy 2 pha.............................................................. 38
Bảng 2.3 Phân tích quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất
lưu........................................................................................................................ 40
Bảng 2.4 Số lượng lưới cho trường hợp không tải ............................................. 43
Bảng 2.5 Bảng tổng hợp giá trị tính toán lực cản trên vỏ tàu............................. 53
Bảng 3.1 Các thông số chính của thiết bị đo lực................................................. 59
Bảng 3.2 Tổng hợp kết quả tính toán lực căng lỉn neo bằng phương pháp tính
toán động lực học chất lưu và thực nghiệm........................................................ 66
Bảng 4.1 Số liệu lực căng lỉn neo khi không tải ................................................. 72
Bảng 4.2 Các hệ số xác định hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa lực căng lỉn neo
và vận tốc dòng chảy trong trường hợp không tải .............................................. 73
Bảng 4.3 Các hệ số xác định hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa lực căng lỉn neo
và vận tốc dòng chảy trong trường hợp nửa tải .................................................. 74
Bảng 4.4 Các hệ số xác định hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa lực căng lỉn neo
và vận tốc dòng chảy trong trường hợp đầy tải................................................... 74
Bảng 4.5 Các thông số chính của neo tàu Aulac Jupiter..................................... 75
Bảng 4.6 Các thông số chính của lỉn neo tàu Aulac Jupiter ............................... 75

19. xvii
Bảng 4.7 Kết quả lực căng lỉn neo tàu thực (tính theo kG) ................................ 76
Bảng 4.8 Kết quả lực căng lỉn neo tàu thực (tính theo % lực giữ neo)............... 77
Bảng 4.9 Lực căng lỉn neo trong trường hợp không tải...................................... 78
Bảng 4.10 Lực căng lỉn neo trong trường hợp nửa tải........................................ 78
Bảng 4.11 Lực căng lỉn neo trong trường hợp đầy tải ........................................ 79

20. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Theo kết quả thống kê của Cục Hàng hải Việt Nam, giai đoạn 2010 –
2017 [107], trong cả nước trung bình mỗi năm có gần 30 vụ tai nạn hàng hải
nghiêm trọng liên quan đến tàu biển. Số vụ tai nạn hàng hải xảy ra khá nhiều
tại khu vực Vũng Tàu, cụ thể theo bảng sau:
Bảng 1. Số vụ tai nạn hàng hải xảy ra tại các cảng của Việt Nam và khu
vực Vũng Tàu
Năm 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Số vụ tai nạn hàng hải
trong cả nước
43 60 34 30 16 23 21 19
Số vụ tai nạn hàng hải
khu vực Vũng Tàu
09 11 07 03 06 04 04 09
Một trong những nguyên nhân gây ra tai nạn hàng hải là người điều
khiển tàu thủy không làm chủ được tác động của các yếu tố ngoại cảnh đến
tàu. Tại khu vực neo đậu Vũng Tàu đã có nhiều cảnh báo nguy cơ trôi neo, va
chạm do tác động của yếu tố ngoại cảnh. Một số vụ tai nạn hàng hải [111],
[112] đáng báo động tại khu vực này đã xảy ra:
- Ngày 07/7/2010 đã xảy ra vụ tai nạn hàng hải giữa tàu dầu Weichi,
cảng đăng ký Hồng Kông, trọng tải 45.854 DWT và Bến phao neo tàu dầu
trọng tải 50.000 DWT thuộc kho xăng dầu Cù Lao Tào. Hậu quả của vụ tai
nạn làm cho chân vịt tàu Weichi bị biến dạng và phao số 4 của Bến phao neo
bị chìm;
- Ngày 19/10/2012 đã xảy ra sự cố đứt dây buộc của tàu dầu Nord
Optimiser, cảng đăng ký Monrovia, trọng tải 47.371 DWT khi tàu đang làm
hàng tại Bến phao neo thuộc Kho xăng dầu Cù Lao Tào. Hậu quả làm đứt 15

21. 2
dây buộc tàu trên tổng số 20 dây đang sử dụng, hư hỏng ống cứng chữ Z
thuộc hệ thống tuyến ống nhập xăng dầu của Bến phao neo.
Từ một số tai nạn hàng hải trên cho thấy, việc am hiểu và tính toán cụ
thể tác động của yếu tố ngoại cảnh tới tàu biển tại khu neo đậu với các trường
hợp khác nhau, sẽ giúp cho thuyền trưởng, hoa tiêu, doanh nghiệp quản lý
khai thác bến phao neo, khu neo đậu có được giải pháp neo đậu đảm bảo an
toàn.
Với bề dầy lịch sử của ngành hàng hải, hiện nay trong chuyên ngành có
khá nhiều công thức tính lực căng lỉn neo và lực giữ neo, nhưng chủ yếu là
công thức thực nghiệm. Trong thực tiễn, những người điều khiển tàu mẫn cán
nhất cũng chỉ tính toán các giá trị này trước khi đưa tàu vào neo và ngay khi
neo xong, khi vận tốc dòng chảy thay đổi theo hướng bất lợi họ không kịp
tính toán để có giải pháp kịp thời.
Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu tác động của dòng chảy tại khu vực
neo đậu lên tàu thủy sẽ đóng góp vào đảm bảo an toàn trong thực tiễn hàng
hải tại các khu neo đậu. Với từng con tàu cụ thể, đặc điểm khu vực neo đậu đã
thiết kế, thông tin về yếu tố ngoại cảnh đã biết, ta có thể tính toán bộ dữ liệu
lớn, có sẵn trên từng tàu gồm các giá trị lực căng lỉn neo và các giá trị lực giữ
neo tương ứng để trước khi đến khu neo, trước khi neo hay bất cứ thời điểm
nào, người điều khiển tàu đều có thể nhanh chóng tra được các giá trị và tùy
thuộc vào tình trạng thực tại của khu neo như mật độ tàu thuyền khác đang
neo xung quanh, tình hình thời tiết và khí tượng thủy văn để đưa ra quyết định
kịp thời và phù hợp, hạn chế được nguy cơ mất an toàn hàng hải.
Xuất phát từ lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu tác động của
dòng chảy đến tàu thủy tại khu neo đậu Vũng Tàu”, theo hướng nghiên cứu
ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu (TT ĐLHCL/

22. 3
CFD_Computational Fluid Dynamics) trong khoa học hàng hải, với thế mạnh
là sử dụng chương trình tính toán mô phỏng Fluent - Ansys để tính toán, phân
tích, đánh giá tác động của dòng chảy đến tàu thủy.
2. Mục tiêu của luận án
Nghiên cứu tác động của dòng chảy đến tàu thủy tại khu neo đậu nhằm
xác định lực căng lỉn neo khi tàu neo đậu. Kết hợp với lực giữ neo tương ứng
để người điều khiển tàu có cơ sở khoa học để đưa ra quyết định kịp thời và
phù hợp, hạn chế nguy cơ trôi neo, mất an toàn hàng hải. Các số liệu dòng
chảy, chất liệu đáy, độ sâu được tham khảo tại khu neo đậu Vũng Tàu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu: Tác động dòng chảy đến tàu thủy khi neo đậu.
3.2 Phạm vi nghiên cứu của luận án
Thiết lập mô hình bài toán, tính toán, mô phỏng tác động của dòng chảy
lên tàu thủy khi neo đậu. Từ đó xác định lực căng lỉn neo của tàu. Nghiên cứu
thiết kế mô hình thực nghiệm nhằm kiểm chứng một số kết quả tính toán.
- Phạm vi về không gian: + Tổng quát: khu neo đậu hàng hải;
+ Cụ thể: khu neo đậu Vũng Tàu.
- Phạm vi về thời gian: Các số liệu thống kê từ năm 2010; các số liệu
khảo sát từ năm 2012 cập nhật cho đến nay.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án
4.1 Ý nghĩa khoa học
- Hệ thống hóa cơ sở lý luận về tính toán động lực học chất lưu nhằm
đưa ra mô hình nghiên cứu phù hợp với bài toán xác định lực căng lỉn neo.
Với kết quả nghiên cứu đạt được đã góp phần hoàn thiện một phần cơ sở lý
luận liên quan đến vấn đề nghiên cứu và đóng góp cho khoa học chuyên
ngành hàng hải;

23. 4
- Đưa ra phương pháp luận về xây dựng quy trình ứng dụng phương
pháp tính toán động lực học chất lưu với phần mềm chuyên dụng Fluent -
Ansys. Trên cơ sở đó áp dụng cho đối tượng và phạm vi nghiên cứu cụ thể
của luận án, từ đó làm cơ sở khoa học để người điều khiển tàu có thể tham
khảo, có những giải pháp kịp thời và phù hợp tránh những rủi ro trong thực
tiễn hàng hải tại khu neo đậu.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Một mặt, kết hợp cơ sở khoa học của lý thuyết đặc thù liên quan đến
khoa học chuyên ngành với thực tiễn hàng hải. Mặt khác, hỗ trợ thuyền
trưởng, hoa tiêu chủ động trong việc neo đậu tránh hiện tượng trôi neo, mất
an toàn hàng hải;
- Đóng góp vào khoa học chuyên ngành: Xây dựng một phần hệ thống
nghiên cứu thực nghiệm, góp phần hỗ trợ trong công tác đào tạo và huấn
luyện thuyền viên.
5. Những đóng góp của luận án
Với mục tiêu đã đề ra, luận án có những đóng góp cụ thể như sau :
5.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu và cơ sở toán học trên nền tảng phương
pháp tính toán động lực học chất lưu với phần mềm chuyên dụng Fluent -
Ansys, để tính toán mô phỏng động lực học dòng chảy bao quanh tàu thủy
cho bài toán 3D nhằm xác định lực do dòng chảy tại khu neo đậu tác động lên
vỏ tàu qua đó tính toán được lực căng lỉn neo.
Từ đó, thực hiện tính toán mô phỏng cho đối tượng cụ thể với các số liệu
đầu vào đồng dạng với tàu Aulac Jupier trong 15 trường hợp, cụ thể: Vận tốc
dòng chảy thay đổi V = {0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40} (knot) và thay đổi mớn
nước tương ứng với 3 chế độ tải khác nhau là không tải, nửa tải và đầy tải.
5.2 Xây dựng quy trình tổng quát để thiết lập hàm số xác định lực căng lỉn
neo, từ đó cho phép ta xác định được lực căng lỉn neo ở bất kỳ tốc độ dòng
chảy nào trong khoảng khảo sát. Như vậy, kết hợp với bộ kết quả tính toán

24. 5
mô phỏng sẽ tạo được bộ dữ liệu về neo đậu cho mỗi tàu cụ thể. Giải quyết
được tồn tại trong chuyên ngành khi đang sử dụng các công thức thực nghiệm
để tính toán lực căng lỉn neo;
5.3 Xây dựng quy trình nghiên cứu thực nghiệm. Thiết kế, chế tạo mô hình
tàu và các thiết bị phụ trợ phục vụ quá trình nghiên cứu thực nghiệm một
phần kết quả cơ bản của luận án là lực căng lỉn neo cho 15 điểm làm việc;
Với mỗi con tàu cụ thể, khu neo đã biết, các yếu tố khí tượng thủy văn
giả định, ứng dụng nghiên cứu này ta xây dựng bộ dữ liệu lớn có sẵn trên
từng tàu giúp người điều khiển có thể tham khảo nhanh trong bộ dữ liệu đó
các giá trị về lực căng lỉn neo và các giá trị lực giữ của neo để kịp thời đưa ra
quyết định phù hợp, đảm bảo an toàn tàu.
6. Phương pháp nghiên cứu của luận án
Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu
thực nghiệm để làm nổi bật tính khoa học và tính thực tiễn của vấn đề cần giải
quyết, cụ thể:
6.1 Nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp tính toán động lực học chất
lưu;
- Nghiên cứu cơ sở toán học trên nền tảng tính toán động lực học chất
lưu để tính toán mô phỏng các thông số động lực học dòng chảy bao, qua đó
tính toán được lực căng lỉn neo. Áp dụng tính toán mô phỏng chi tiết cho mô
hình đồng dạng với tàu dầu Aulac Jupiter, với các giá trị vận tốc dòng chảy tại
khu neo đậu (Vi) và mớn nước khác nhau (Ti);
- Tổng hợp nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật neo đậu nhằm xác định được
lực giữ neo tương ứng.
6.2 Nghiên cứu thực nghiệm:
Nghiên cứu sinh đã triển khai nghiên cứu thực nghiệm với một số nội
dung cụ thể như sau:

25. 6
- Đưa ra quy trình nghiên cứu thực nghiệm tác động của dòng chảy đến
tàu thủy khi neo đậu;
- Thiết kế công nghệ và chế tạo mô hình nghiên cứu thực nghiệm đồng
dạng theo tiêu chuẩn với tàu dầu Aulac Jupiter;
- Thiết kế, chế tạo bộ phận dẫn dòng chảy với các tốc độ khác nhau phục
vụ nghiên cứu thực nghiệm;
- Đo giá trị lực căng lỉn neo tương ứng với các tổ hợp tốc độ dòng chảy
Vi và mớn nước của tàu Ti.
7. Bố cục của luận án
Bố cục của luận án gồm các phần thứ tự sau:
- Phần mở đầu;
- Phần nội dung (được chia thành 4 chương);
- Phần kết luận và kiến nghị;
- Danh mục các công trình khoa học đã công bố liên quan đến luận án;
- Tài liệu tham khảo;
- Phần phụ lục (gồm 02 phụ lục).
Trong phần nội dung của luận án được chia thành 4 chương như sau:
+ Chương 1. Tổng quan và cơ sở lý thuyết;
+ Chương 2. Ứng dụng TT ĐLHCL tính toán lực căng lỉn neo tàu
thủy;
+ Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm xác định lực căng lỉn neo tàu
thủy;
+ Chương 4. Xây dựng công thức xác định lực căng lỉn neo tàu thủy;
phân tích, so sánh với lực giữ neo tương ứng nhằm đưa ra cảnh báo trôi neo.

26. 7
1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu sinh đã nghiên cứu và phân tích cụ thể lĩnh vực nghiên cứu
của luận án với các công trình đã công bố liên quan ở trong nước và nước
ngoài.
Liên quan đến vấn đề nghiên cứu, có thể kể đến một số công trình tiêu
biểu sau:
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới liên quan đến luận án
Các kết quả nghiên cứu điển hình về lĩnh vực này phải kể đến sự phát
triển phần mềm thương mại phân tích phương án neo đậu, buộc dây khi làm
hàng, hãng TMC Marine [113], hãng Naval Progetti Trieste [114], hãng
Bentley [115] đã đưa ra phần mềm mô phỏng nhằm phân tích tìm ra phương
án tối ưu khi neo đậu hay khi buộc dây làm hàng.
Hình 1.1 Hình ảnh mô phỏng phương án neo đậu trên
phần mềm MOSES [116]

27. Phần mềm đưa ra đư
toán neo tàu đúng kỹ thu
Hình 1.2 Phân tích k
Các kết quả tính toán mô ph
tàu thủy khi neo đậu làm c
neo cũng được nhiều tác gi
Force Technology - MAN Diesel
phương pháp TT ĐLHCL
bao quanh tàu thủy. Cùng hư
Hochkirch, FutureShip, Potsdam (Đ
(Bỉ) [106] đã cho công b
cùng hướng nghiên cứu đ
Bảng 1.1 Tổng hợ
Stt Năm
1 2012 Đóng góp c
tàu [5]
2 Nền tảng
theo thờ
8
m đưa ra được các phân tích động lực học nhằm gi
thuật, đảm bảo an toàn hàng hải tại khu neo đ
Phân tích kỹ thuật neo tàu bằng phần mềm MOSES.
tính toán mô phỏng ảnh hưởng của gió, dòng ch
u làm cơ sở phân tích ảnh hưởng của chúng đ
u tác giả công bố trong những năn gần đây.
MAN Diesel [105] đã thực hiện một dự án v
TT ĐLHCL trong nghiên cứu bài toán động lực h
. Cùng hướng nghiên cứu này năm 2010 tác gi
Hochkirch, FutureShip, Potsdam (Đức) và Benoit Mallol, Numeca, Brussels
ã cho công bố nhiều kết quả. Tổng hợp các kết qu
u đề tài ta được:
ợp các công bố trên thế giới
Nội dung nghiên cứu
Đóng góp của dịch vụ cảng cho an toàn điều độ
ng ứng dụng điều khiển, điều động mô hình tàu t
ời gian thực [6]
m giải quyết bài
i khu neo đậu.
m MOSES.
a gió, dòng chảy, sóng đến
a chúng đến phương án
n đây. Năm 2009,
án về ứng dụng
c học dòng chảy
u này năm 2010 tác giả Karsten
c) và Benoit Mallol, Numeca, Brussels
t quả trên thế giới
ộng, vận hành
mô hình tàu tự hành

28. 9
3 Mô phỏng số các chuyển động của tàu khi neo đậu do lực sóng
và gió để tăng cường an toàn trong nơi trú ẩn ngoài khơi [7]
4 2013 Mô phỏng số quá trình điều động tàu số dựa trên mô phỏng
điều kiện thời tiết và đại dương [8]
5 2015 Dự đoán quá trình điều động tàu bằng phép nhân vectơ điều
khiển dựa trên các điểm ước tính trên trục [9]
6 Phát hiện và định lượng rủi ro va chạm trong điều động tàu với
hệ thống tích phân bắc cầu [10]
7 Phân tích rủi ro khi điều động tàu trong mùa đông ở vùng biển
Phần Lan [11]
8 2016 Rủi ro hàng hải đối với giao thông đường biển ở eo biển
Malacca khi sử dụng dữ liệu AIS [12]
9 Tác động cơ học, hoá học của neo tàu đến rong biển [13]
10 Dịch vụ điều động điện tử cho tàu không theo công ước
SOLAS [14]
11 Nâng cao hệ thống định vị hàng hải của Canada thông qua
điều động điện tử ‘e-Navigation’ [15]
12 Ảnh hưởng của việc neo tàu đến môi trường biển và các biện
pháp khắc phục [16]
13 Đề xuất chính sách an toàn tàu biển cho Hàn Quốc [17]
14 Sử dụng phương pháp Eulerian–Lagrangian mô phỏng số quá
trình neo của tàu thuỷ [18]
15 Hệ thống hỗ trợ điều động tàu nâng cao dựa trên công nghệ
thực tế ảo [19]
16 Cảm biến dựa trên số liệu thống kê và dò tìm lỗi DAQ cho các
hệ thống điều động và giám sát tàu [20]
17 Cảnh báo điều động, xác định tuyến luồng và va chạm trong
quá trình hoạt động tại cảng [21]
18 2017 Lựa chọn các phương pháp điều động an toàn cho tàu NUC sử
dụng phương pháp ra quyết định nhóm [22]
19 Điều chỉnh tốc độ di chuyển của tàu để hạn chế thời gian neo
đậu của tàu [23]

29. 10
20 Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng của lỗ bên trong neo
đến đặc tính thủy động lực học của neo [24]
21 Ứng dụng TT ĐLHCL tính toán sức cản tàu có xét đến ảnh
hưởng của lớp sơn vỏ và sinh vật bám trên vỏ [25]
22 Xác định áp lực của tàu neo đậu tác động lên đáy biển và đánh
giá sai số sử dụng dữ liệu AIS [26]
23 Phân tích các tàu neo đậu xung quanh khu công nghiệp ven
biển trong thảm họa tự nhiên [27]
24 Phân tích hoạt động của tàu tiếp nhiên liệu và một số dịch vụ
khác cho tàu chính trong điều kiện có băng [28]
25 Nghiên cứu thực nghiệm xác định sức cản tàu hoạt động ở các
điều kiện có băng khác nhau [29]
26 Phân tích cầu treo nổi neo đậu va chạm với tàu lớn [30]
27 Mô hình vectơ dự đoán quá trình điều động tàu [31]
28 Nghiên cứu sự phát sinh khí thải gây hiệu ứng nhà kính của
tàu khi neo đậu trong cảng [32]
29 Nghiên cứu vùng an toàn của tàu: Mô hình và ứng dụng [33]
30 Đánh giá nguy cơ gây tai nạn của tàu không người lái trong an
toàn vận chuyển hàng hải [34]
31 Sử dụng mô hình lưới động tính toán mô phỏng số quá trình
neo đậu của tàu sử dụng neo trọng lực [35]
32 Mô hình khoảng cách an toàn cho tàu cung cấp nhiên liệu,
dịch vụ trong vùng biển băng ở Bắc cực [36]
33 2018 Đánh giá hiệu quả neo đậu của tàu trong vùng đáy biển có
nhiều đất sét [37]
34 Các thành phần cấu tạo của tàu tự hành thông minh dựa trên
công nghệ thông tin [38]
35 Nghiên cứu tương tác thuỷ động lực học của các tàu khi
chuyển động gần nhau để tránh va chạm tàu khi hoạt động
[39]
36 Nghiên cứu ảnh hưởng của sóng đến tàu neo đậu ở cảng [40]

30. 11
37 Sử dụng phương pháp lý thuyết nghiên cứu quá trình neo của
tàu dưới tác động của tải trọng ngoài mặt phẳng [41]
38 Nghiên cứu sức cản và sự chuyển hướng của tàu khi chuyển
động trong vùng biển có băng [42]
39 Nghiên cứu ảnh hưởng của nước trong kênh hẹp đến sức cản
và hệ thống đẩy của tàu [43]
40 Nghiên cứu sức cản gia thêm trên các loại tàu khác nhau có kể
đến ảnh hưởng của sóng [44]
41 Xác định các thông số an toàn khi điều động tàu trong điều
kiện thời tiết khắc nghiệt [45]
42 Phân tích thống kê và đánh giá tai nạn hàng hải trong điều
kiện thời tiết bất lợi [46]
43 2019 Xây dựng bản đồ phục vụ an toàn khi điều động tàu [47]
44 Tối ưu hóa tuyến đường di chuyển tàu để điều hướng an toàn
và tiết kiệm năng lượng [48]
45 Phương pháp đơn giản hóa quỹ đạo tàu dựa trên thuật toán
Douglasucker Peucker được cải tiến [49]
46 Nghiên cứu về hệ thống Radar và nhận dạng tự động để phát
hiện mục tiêu tàu [50]
47 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tai nạn hàng hải trên biển:
Phân tích, đánh giá dựa trên các loại tàu và vùng biển khác
nhau [51]
48 Xác định các yếu tố chính của việc tạm giữ tàu dưới sự quản
lý của cảng [52]
49 Tích hợp các thông tin của tàu gặp trên đường đi vào mô hình
dự đoán nguyên nhân các vụ tai nạn và va chạm tàu [53]
50 Mô hình sức cản gia thêm dự đoán tác động của ô nhiễm đến
hiệu suất của tàu [54]
51 Đánh giá rủi ro trong điều động tàu dựa trên dữ liệu AIS [55]
52 Sử dụng mô hình RANS tính toán, mô phỏng số sức cản tàu
container ở ba số Froude khác nhau và các mớn nước khác
nhau [56]

31. 12
53 Quy hoạch tuyến luồng đa tiêu chuẩn với bản đồ đường bao
rủi ro cho phương tiện thông minh [57]
54 Làm thế nào để tàu đi qua các ngã rẽ hình chữ L ở eo biển
Singapore [58]
55 Nghiên cứu chu kỳ dao động của neo xoắn ốc trên các công
trình nổi ngoài khơi dưới điều kiện tải nghiêng [59]
56 Dữ liệu hàng hải cho Biển Baltic tập trung vào hệ thống định
vị mùa đông [60]
57 Tổng quan về các nghiên cứu hiện tại về sự ổn định của tàu và
phương tiện đại dương [61]
58 Tính toán mô phỏng số sức cản của tàu thực như một phương
pháp thay thế cho việc thử mô hình trong bể thử [62]
59 Đánh giá các rủi ro va chạm tàu trong quá trình điều động [63]
60 Tính toán mô phỏng số sức cản gia thêm tác động lên vỏ tàu
có xét đến biến dạng của thân tàu trong quá trình hoạt động
[64]
61 Điều động hai tàu tham gia vào quá trình chuyển hàng hoá trên
biển [65]
62 Các tiêu chuẩn ra quyết định giảm nguy cơ va chạm giữa tàu
và cá voi [66]
63 Thiết kế tham số và tối ưu hóa tàu chở khách Ro-Ro hoạt động
ở tốc độ cao [67]
64 Sử dụng phương pháp số nghiên cứu ảnh hưởng của vây giảm
lắc đến sức cản của tàu và hiệu suất của hệ thống đẩy [68]
65 Thiết kế sơ bộ tàu chở dầu có kể đến các yếu tố rủi ro va chạm
do môi trường gây ra [69]
66 Đánh giá hiệu quả của các biện pháp an toàn hàng hải bằng
cách sử dụng bản đồ nhận thức mờ ‘Fuzzy cognitive maps’
[70]
67 Xây dựng bản đồ tuyến luồng dựa trên thuật toán đa hướng
cho tàu được điều động trong vùng nước có cánh đồng gió
[71]

32. 13
68 Mô hình mô phỏng quá trình điều động tàu trên tuyến luồng
“Xiazhimen” dựa trên phân tích dữ liệu thống kê AIS [72]
69 Đánh giá rủi ro va chạm tàu sử dụng mô hình rủi ro va chạm
và ứng suất môi trường [73]
70 Tính toán sức cản tàu chuyển động trong vùng nước nông [74]
71 Sử dụng phương pháp lý thuyết tính toán sức cản tàu hoạt
động trong vùng biển có nhiều băng trôi [75]
72 Nghiên cứu cải thiện khả năng chống sóng của tàu [76]
73 2020 Phân tích so sánh sức trượt và bề mặt trượt của neo trên các
lớp đáy khác nhau [77]
74 Tiêu chuẩn xác định các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hàng
hải cho tàu tự hành [78]
75 Tối ưu hoá các tham số thiết kế tuyến luồng hàng hải [79]
76 Sử dụng phương pháp số nghiên cứu ảnh hưởng của lớp bùn
đáy đến sức cản và độ sụt mớn của tàu [80]
77 Xác định các yếu tố rủi ro va chạm tàu khi hai tàu gặp nhau
trên trong quá trình hoạt động [81]
78 Hệ thống nghiên cứu toàn diện về sức cản tàu và hiệu suất của
hệ thống đẩy khi hoạt động thực trên biển [82]
79 Sử dụng phương pháp số nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhám
đến sức cản tàu container [83]
80 Đánh giá sự phù hợp của phương pháp số trong tính toán mô
phỏng số sức cản tàu container [84]
81 Mô phỏng số khả năng điều động tàu trong trường dòng chảy
không đều và trong vùng nước nông [85]
82 Sử dụng phương pháp lý thuyết nghiên cứu về sự an toàn hàng
hải của tàu chở khách nội địa hoạt động trong vùng biển
Bangladesh [86]
83 Thiết kế tự động tuyến luồng giữa hai cảng dựa trên dữ liệu có
sẵn [87]

33. 14
Bảng 1.1 là một số nghiên cứu nổi bật có liên quan đến nội dung luận
văn, ngoài ra còn một số nghiên cứu khác. Số lượng các nghiên cứu có liên
quan đến nội dung luận án qua các năm được thể trên biểu đồ hình 1.3.
Hình 1.3 Số lượng nghiên cứu có liên quan đến nội dung luận án giai đoạn từ
năm 2012 – 2020
Trong giai đoạn từ 2012 cập nhật cho đến nay, trên thế giới có trên 80
nghiên cứu nổi bật có liên quan đến nội dung luận văn được công bố, chủ yếu
tập trung tính toán sức cản vỏ tàu, mô phỏng số các chuyển động của tàu khi
neo đậu, đánh giá ảnh hưởng của một số điều kiện tự nhiên đến tàu như sóng,
gió… nhưng chưa có nghiên cứu nào đưa ra giải pháp xác định lực căng lỉn
neo sử dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu nhằm kết hợp với
điều kiện tự nhiên tại khu vực neo đậu để tạo được bộ dữ liệu lớn về kỹ thuật
neo đậu cho từng tàu cụ thể.
3
2
5
12
16
14
29
14
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
0
5
10
15
20
25
30
Sè
l­
î
ng
nghiª
n
cøu
N¨ m
Sè l­ î ng nghiª n cøu cã liª n quan ®Õ
n néi dung luËn ¸ n tõ giai ®o¹ n 2012 ­ 2020
Số lượng nghiên cứu có liên quan đến nội dung luận văn giai đoạn 2012-2020
Số
lượng
nghiên
cứu
Năm
NC

34. 15
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến luận án
Vấn đề nghiên cứu tác động của yếu tố ngoại cảnh như ảnh hưởng của
gió, dòng chảy, sóng, v.v đến tàu biển đã được đề cập từ nhiều công trình
nghiên cứu trong nhiều thập kỷ qua của các nhà khoa học tại các Trường Đại
học, Học viện, Viện nghiên cứu.
Trong những năm gần đây, việc mở rộng hướng nghiên cứu ứng dụng
TT ĐLHCL trong khoa học hàng hải, với thế mạnh là sử dụng chương trình
tính toán mô phỏng Fluent - Ansys để phân tích, đánh giá tác động của các
yếu tố ngoại cảnh, đặc biệt là dòng chảy đến điều động tàu, ổn định tàu, quỹ
đạo chuyển động tàu thủy, bảo đảm an toàn hàng hải đã được nhiều tác giả
công bố, có thể kể đến một số kết quả nghiên cứu điển hình của các tác giả
Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. Cụ thể như: Ứng dụng phương pháp TT
ĐLHCL trong khoa học hàng hải; Nghiên cứu tác động của lực gia thêm khi
tàu thay đổi hướng chuyển động; Nghiên cứu tác động của lực gia thêm tới
đặc tính chuyển động và tính ổn định tàu thủy; Nghiên cứu tác động động
tổng hợp của gió và dòng chảy lên tàu thủy; Nghiên cứu tác động của dòng
chảy đến an toàn hàng hải trên tuyến luồng Hải Phòng.
Ngoài ra các tác giả khác thuộc Trường Đại học Giao thông vận tải TP.
Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa
TP. Hồ Chí Minh đã công bố một số kết quả liên quan đến lĩnh vực hàng hải.
Tổng hợp các kết quả trong nước cùng hướng nghiên cứu đề tài ta được:
Bảng 1.2 Tổng hợp các công bố trong nước
Stt Năm Nội dung nghiên cứu
1 2013 Tính toán đường lỉn neo có kể đến khối gia tải [88]
2
2015 Nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng TT ĐLHCL trong khai
thác tàu thủy nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu [89]
3
2016 Tính toán sức cản tàu container bằng phương pháp mô phỏng
số [90]

35. 16
4
2016 Tính toán mô phỏng lực gia thêm tác động lên tàu thủy khi thay
đổi hướng chuyển động [91]
5 2016 Tính toán lỉn neo ụ nổi có khối treo đơn lẻ [92]
6
2017 Ứng dụng lý thuyết TT ĐLHCL xác định sức cản tàu cá vỏ gỗ
Việt Nam [93]
7
2017 Nghiên cứu tác động của tổ hợp chân vịt - bánh lái đến điều
khiển hướng đi tàu thủy trên tuyến luồng Hải Phòng [94]
Tuy nhiên, chưa có công trình nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của
dòng chảy đến tàu thủy tại khu neo đậu, cụ thể tại Vũng Tàu là khu vực cửa
ngõ cho nhiều tuyến luồng giao thông thủy và có mật độ neo đậu cao.
1.2 Tổng quan về khu neo đậu Vũng Tàu
1.2.1 Vị trí địa lý và tầm quan trọng của khu vực cảng Vũng Tàu
Theo Phê duyệt Quy hoạch chi tiết nhóm cảng biển Đông Nam Bộ
(Nhóm 5) giai đoạn đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 được Bộ Giao
thông vận tải phê duyệt tại Quyết định số 3655/QĐ-BGTVT [4] ngày
27/12/2017 gồm: TP. Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng
Tàu và các cảng trên sông Soài Rạp thuộc các tỉnh Long An và Tiền Giang.
Nhóm cảng biển số 5 có 03 cảng biển: cảng Vũng Tàu, cảng Đồng Nai (bao
gồm khu bến cảng Bình Dương), cảng TP. Hồ Chí Minh (bao gồm cả khu bến
tỉnh Long An, Tiền Giang trên sông Soài Rạp), được quy hoạch với vai trò và
chức năng như sau:
Cảng Thành phố Hồ Chí Minh: Là cảng tổng hợp quốc gia, đầu mối khu
vực (loại I), gồm các khu bến chính: Khu bến trên sông Sài Gòn; khu bến Cát
Lái trên sông Đồng Nai; khu bến trên sông Nhà Bè; khu bến Hiệp Phước trên
sông Soài Rạp; khu bến cảng thuộc tỉnh Long An, Tiền Giang trên sông Soài
Rạp.
Cảng Đồng Nai: Là cảng tổng hợp quốc gia, đầu mối khu vực (Loại I),
gồm các khu bến chức năng: khu bến Long Bình Tân, Bình Dương (sông

36. 17
Đồng Nai); khu bến Phú Hữu (đoạn sông Đồng Nai và đoạn sông Lòng Tàu -
Nhà Bè), khu bến Ông Kèo (sông Lòng Tàu và sông Đồng Tranh); khu bến
Gò Dầu, khu bến Phước An (sông Thị Vải).
Cảng Vũng Tàu: là cảng tổng hợp quốc gia, cửa ngõ quốc tế (loại IA)
gồm các khu bến chức năng chính: khu bến Cái Mép - Thị Vải, Sao Mai - Bến
Đình; khu bến Long Sơn; khu bến Vũng Tàu - sông Dinh.
Nhóm cảng biển số 5 nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam là
vùng kinh tế giữ vai trò đặc biệt quan trọng đối với nền kinh tế Việt Nam.
Quyết định 1037/QĐ-TTg [2] ngày 24/6/2014 của Thủ tướng Chính phủ
phê duyệt “Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam đến năm 2020,
định hướng đến năm 2030” chỉ rõ: Cảng biển Vũng Tàu là cửa ngõ quốc tế
kết hợp trung chuyển container quốc tế (loại IA), hơn nữa đây là cửa khẩu
hàng hải cho các tàu thuyền hành trình, ra vào, neo đậu, đón trả hoa tiêu để ra,
vào các cảng biển thông qua hệ thống 4 tuyến luồng hàng hải gồm Luồng
Vũng Tàu - Thị Vải, luồng Vũng Tàu - Sài Gòn, luồng Soài Rạp và luồng
sông Dinh để vào các cảng thuộc địa phận các tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, TP.
Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, Đồng Tháp, Mỹ Tho và quá cảnh
Campuchia.
Tại khu vực phía Nam, nơi có tiềm năng và thuận lợi để mở cửa hội
nhập với khu vực và thế giới theo đường biển sẽ là khu vực Bà Rịa - Vũng
Tàu. Tại khu vực này, quy hoạch đã xác định hệ thống cảng biển sẽ đóng vai
trò là Cảng tổng hợp quốc gia, cửa ngõ quốc tế loại IA, là nơi sẽ tiếp nhận đội
tàu viễn dương có trọng tải đến hơn 160,000 DWT ra vào làm hàng và thực
hiện chức năng trung chuyển quốc tế. Là đầu mối quốc tế cho cả khu vực phía
Nam và đặc biệt là vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, giữ vai trò quan trọng
đối với nền kinh tế Việt Nam, hàng năm đóng góp gần 60% ngân sách quốc
gia và trên 70% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, chủ yếu là hàng hóa thông
qua bằng đường biển.

37. 18
Hình 1.4 Sơ đồ khu vực cửa biển Vũng Tàu

38. 19
Hình 1.5 Sơ đồ khu vực neo đậu Vũng Tàu
Dự báo trong những năm tới nhu cầu hàng hóa thông qua các cảng biển
thuộc nhóm cảng biển số 5 là rất lớn: Giai đoạn 2017 - 2020 từ 265 - 305 triệu

39. tấn/năm và đến năm 2030 đ
hạ tầng cảng biển đồng b
đảm bảo thông qua toàn b
Theo thống kê [108]
biển hành trình qua khu v
cảng thuộc cảng biển nhóm 5. Trong đó s
khu vực vịnh Gành Rái bình quân hàng n
Hiện tại khu vực V
vị trí neo đậu hiện hữu đư
vực Cù Lao Tào (hình 1.
hải đáng báo động đố
trường biển, một trong nh
chảy.
Hình 1.6 Sơ đồ
Thực tế tổng hợp s
thuyền có nhu cầu vào neo đ
sửa chữa, chờ kế hoạch ho
20
n năm 2030 đạt 650 triệu tấn/năm. Do đó việc đẩy m
ng bộ với luồng hàng hải và hạ tầng kết nố
o thông qua toàn bộ lượng hàng trên đang đặt ra rất bức thi
[108], hàng năm bình quân có khoảng 40.000 lư
n hành trình qua khu vực Vịnh Gành Rái Vũng Tàu để vào, r
n nhóm 5. Trong đó số lượng tàu có nhu c
nh Gành Rái bình quân hàng năm từ 5.000 đến 7.500 lư
c Vũng Tàu có hơn 60 vị trí neo đậu, tránh trú bão. Các
u được đặt tên theo thứ tự chữ cái từ A ÷ H. Riêng khu
c Cù Lao Tào (hình 1.6), trong thời gian qua xảy ra một số v
ối với tàu dầu, tiềm ẩn nguy cơ ảnh hư
t trong những nguyên nhân cơ bản là do tác đ
khu vực cảng xăng dầu Cù Lao Tào - Vũng
p số liệu trong những năm gần đây cho thấ
u vào neo đậu để đón trả hoa tiêu, chờ thủy tri
ch hoặc khi có bão, áp thấp nhiệt đới đổ b
Cảng xăng dầu
Cù Lao Tào
y mạnh đầu tư
ối sau cảng để
c thiết.
ng 40.000 lượt tàu
vào, rời các bến
ng tàu có nhu cầu neo đậu tại
n 7.500 lượt tàu.
u, tránh trú bão. Các
A ÷ H. Riêng khu
vụ tai nạn hàng
nh hưởng đến môi
n là do tác động của dòng
ũng Tàu
ấy: Khi các tàu
y triều, tránh bão,
bộ vào khu vực

40. thì nhu cầu neo đậu tránh t
khả năng tiếp nhận của các khu neo đ
Chất đáy khu vực neo đ
thu thập trong các đợt kh
tàu của tuyến luồng tàu bi
2012 [109], trong vịnh Gành Rái V
mịn, chủ yếu là đáy bùn
Hình 1.7 Sự phân bố
21
u tránh trú bão của các tàu thuyền tăng lên rấ
a các khu neo đậu.
c neo đậu: Dựa trên kích thước hạt của các m
t khảo sát phục vụ dự án nghiên cứu khả năng ti
tàu biển Vũng Tàu - Thị Vải do Portcoast th
nh Gành Rái Vũng Tàu và cửa sông, trầm tích dư
u là đáy bùn cát (hình 1.7).
đường kính hạt vật liệu đáy bùn trong vị
ất lớn vượt quá
a các mẫu được
năng tiếp nhận
i do Portcoast thực hiện năm
m tích dưới đáy là
ịnh Gành Rái

41. 22
1.2.2 Chế độ khí tượng thủy văn
Khu vực neo đậu Vũng Tàu nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa
với 02 mùa cơ bản:
- Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 chịu ảnh hưởng của gió mùa
Tây Nam. Vận tốc gió trung bình trong mùa mưa là 3,6m/s.
- Mùa khô thường bắt đầu từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau
chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc. Vận tốc gió trung bình trong mùa khô
là 4,7m/s. Lượng mưa phân bố trong mùa này rất ít, thậm chí có tháng hoàn
toàn không có mưa.
- Thủy triều: Tại ven biển Vũng Tàu, thủy triều ở khu vực Gành Rái và
phụ cận thuộc loại bán nhật triều không đều, với giá trị độ lớn thủy triều cực
đại đến hơn 4m. Mực nước trung bình tháng mùa khô cao hơn mùa mưa.
Hình 1.8 Hướng và tốc độ dòng chảy tại một số khu vực neo đậu Vũng Tàu
- Dòng chảy: Tại khu vực chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều, dòng
chảy chủ yếu là dòng chảy triều. Tốc độ dòng chảy trung bình khoảng 2,5
knots. Theo kết quả khảo sát, nghiên cứu của Portcoast, dòng chảy tại một số

42. 23
khu vực tại cảng biển Vũng Tàu trong điều kiện bình thường được trình bày
trong hình 1.8.
Tại khu vực Vịnh Gành Rái, chế độ dòng chảy chịu ảnh hưởng bởi quá
trình động lực của Biển Đông và bởi hệ thống sông chảy vào Vịnh, vì vậy
dòng chảy trong Vịnh là không đồng nhất. Chế độ dòng chảy chính là dòng
triều, tiếp đến là dòng chảy tạo bởi lưu lượng dòng tại các cửa sông.
Chú ý rằng: Từ vị trí phao số “0” luồng Vũng Tàu - Thị Vải vào đến khu
vực vùng đón trả hoa tiêu số 1 và số 2 có chiều dài khoảng 3,5 hải lý, với điều
kiện khí tượng thủy văn phức tạp, dòng chảy mạnh khi thủy triều lên và có
vận tốc dòng chảy lớn nhất là tại và khu vực Phao số “2”, Phao số “3”. Nếu
dao động biên độ triều là 3m thì tốc độ dòng chảy lớn nhất đạt khoảng 3
knots. Khi triều xuống, hướng dòng gần trùng với hướng luồng nên điều động
tàu xuôi dòng sẽ khó khăn hơn ngược dòng. Nhưng khi triều lên, hướng dòng
chảy tạo với hướng luồng một góc khoảng 300
- 400
, tác động mạnh lên thân
tàu khiến tàu bị dạt về phía tim luồng (tàu vào bị dạt trái mạnh trên đoạn từ
Phao “1” → Phao “5”, tàu ra lại bị dạt trái mạnh trên đoạn từ Phao “9” →
Phao “7”) khiến việc giữ hướng, điều động tàu bám biên luồng gặp khó khăn.
Như vậy, qua nghiên cứu tổng quan về khu vực neo đậu Vũng Tàu ta có
thể tổng hợp một số đặc điểm tự nhiên khu vực này, đây cũng là những điều
kiện biên mà Nghiên cứu sinh sử dụng để tính toán cụ thể cho phương pháp
luận của luận án đề ra.
Bảng 1.3 Tổng hợp đặc điểm tự nhiên khu vực neo đậu Vũng Tàu
Một số đặc điểm tự nhiên khu vực neo đậu Vũng Tàu
Đặc điểm về dòng chảy Tốc độ dòng chảy ≤ 4 knots
Đặc điểm chất đáy Chất đáy là bùn cát
Độ sâu trung bình khu neo đậu 14 mét

43. 24
1.3 Cơ sở lý thuyết liên quan
1.3.1 Một số khái niệm về chất lỏng
1.3.1.1 Khái niệm về chất lỏng và một số tính chất cơ bản
● Khái niệm về chất lỏng
“Chất lỏng - fluid” [95] là thuật ngữ kỹ thuật nói tới đối tượng ở “thể
khí - gas” và “thể lỏng - liquid” mà dòng chuyển động của chúng tuân thủ các
phương trình bảo toàn về khối lượng, động lượng và năng lượng.
● Một số tính chất cơ bản của chất lỏng
- Tính “nén được” và “không nén được” [95]
Chất lỏng nén được: Là dưới tác động của áp suất, nhiệt độ thì thể tích
của chúng bị thay đổi, như: Không khí, các loại khí, hỗn hợp cháy, v.v.
Chất lỏng không nén được: Là dưới tác động của áp suất, nhiệt độ thì
thể tích của chúng hầu như không thay đổi, chẳng hạn: Nước, dầu, kim loại
nóng chảy, v.v.
- Tính có khối lượng, trọng lượng [95]
Để đặc trưng cho tính chất này, thực tế đã đưa ra các đại lượng là khối
lượng riêng và trọng lượng riêng.
Khối lượng riêng: Ký hiệu là ρ có đơn vị là kg/m3
Trọng lượng riêng: Ký hiệu là γ có đơn vị là N/m3
- Tính chảy (tính di động) [95]: Tính chảy là sự biến dạng liên tục
dưới tác dụng của lực trượt (ứng suất tiếp) dù là rất nhỏ.
Do tính di động nên chất lỏng không có hình dạng nhất định mà phụ
thuộc vào vật thể chứa đựng nó.
Các phần tử chất lỏng có khả năng chuyển động tương đối với nhau
trong dòng chảy.
- Sức căng mặt ngoài [95]: Là khả năng chịu được ứng suất không lớn
lắm tại bề mặt phân cách giữa chất lỏng với chất lỏng, chất lỏng với thành
rắn.

44. 25
- Tính nhớt [95]: Là tính làm nảy sinh ứng suất tiếp giữa các lớp chất
lỏng trong quá trình chuyển động.
Theo giả thiết Newton: Khi chất lỏng chuyển động trượt tương đối
trên nhau (chảy tầng) ứng suất tiếp tính theo công thức sau:
du
dy
 
 
Trong đó: - đại lượng đặc trưng cho tính nhớt, gọi là hệ số nhớt động
lực và phụ thuộc vào nhiệt độ (nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm), có đơn vị là
2
Ns
m
, ngoài ra tính nhớt còn đặc trưng bởi hệ số nhớt động học υ (m2
/s):




Chất lỏng không có tính nhớt ( = 0,  = 0), gọi là chất lỏng lý tưởng.
Chất lỏng có tính nhớt (  0 ,   0), gọi là chất lỏng nhớt hay chất lỏng
thực.
- Tính bốc hơi và độ hòa tan của không khí trong nước [95]
Ở điều kiện thường một lượng khí nhất định được hòa tan trong nước
(khoảng 2 phần vạn về mặt thể tích), nhưng khi áp suất của chất lỏng công tác
giảm xuống nhỏ hơn bằng áp suất hơi bão hòa của chất lỏng, thì chất khí tách
ra rất mạnh “hiện tương sôi”.
Trong các máy thủy lực, hiện tượng này được gọi là “xâm thực” làm
ảnh hưởng tới các thông số làm việc của máy.
1.3.1.2 Một số phương trình cơ bản của chất lỏng
● Phương trình liên tục [95], [96]
0












z
w
y
v
x
u
t




Trong đó:
(u, v, w) - ba thành phần hình chiếu của véc tơ vận tốc V

.
 - khối lượng riêng của chất lỏng.
(1.1)
(1.2)
(1.3)

45. 26
Với chất lỏng không nén được (= const) phương trình có dạng:
0









z
w
y
v
x
u
Phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng
Tổng quát phương trình vi phân chuyển động có dạng
1
( ) ( ( )
dV
F grad p V grad div V
dt


    

  
Trong đó:
F

- lực khối đơn vị;
 - hệ số nhớt động học;
Các toán tử sau:
( ) ; ; ; ( )
p p p u v
Grad p Div V
x y z x y z

 
     
  
 
     
 

 - toán tử Laplace:
2 2 2
2 2 2
u u u
u
x y z
  
   
  
Với chất lỏng không nén được (= const), thì ( ) 0
Div V 

, nên phương
trình có dạng:
1
(p)
dV
F grad V
dt


   

 
Phương trình còn được gọi là phương trình Navier - Stokes (NS) cho
chất lỏng không nén được.
Với chất lỏng lý tưởng (không nhớt hay  = 0), gọi là phương trình
chuyển động Euler:
1
( )
dV
F grad p
dt 
 


Phương trình Laplace
0

 
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)
(1.9)
(1.10)

46. Trong đó  là th
● Điều kiện đầ
Khi giải các phương tr
phân. Để xác định đượ
kiện biên của mỗi bài toán c
Điều kiện đầu: Là giá tr
Ví dụ tại thời đi
phần tử chất lỏng khảo sát là:
, ,
, ,
, ,
u u x y z t
v v x y z t
w w x y z t
p p




Điều kiện biên: Là giá tr
bài toán), chẳng hạn, xét bài toán dòng ch
trong một khe hẹp rộng vô h
thành dính vào thành và không chuy
Hình
1.3.2 Khái niệm v
Tính toán động lự
[98] là tính toán động l
27
là thế vận tốc
ầu, điều kiện biên [95], [96]
i các phương trình vi phân, thường mắc phải các h
ợc các hằng số này, cần dưa vào điều kiệ
i bài toán cụ thể.
: Là giá trị đã xác định của đại lượng tại th
i điểm đầu (t0) đo được các giá trị vận tốc và áp su
o sát là:
 
 
 
0 0 0 0, 0
0 0 0 0, 0
0 0 0 0, 0
0
, ,
, ,
, ,
u u x y z t
v v x y z t
w w x y z t
p p




: Là giá trị xác định được trên biên (miền gi
n, xét bài toán dòng chất lỏng nhớt chuyển đ
ng vô hạn. Vì chất lỏng nhớt cho nên ph
nh vào thành và không chuyển động hay vận tốc trên biên b
Hình 1.9 Mô tả về điều kiện biên
m về tính toán động lực học chất lưu
ực học chất lưu (Computational fluid dynamics)
ng lực học dòng chất lỏng dựa trên nền tảng phương pháp
i các hằng số tích
ện đầu và điều
i thời điểm đầu.
c và áp suất của
n giới hạn của
n động một chiều
t cho nên phần tử lỏng sát
c trên biên bằng 0.
(Computational fluid dynamics) [97],
ng phương pháp
(1.11)

47. 28
số để giải các phương trình về động lực học dòng chất lỏng với những điều
kiện biên gần với thực tế nhất.
Đây là phương pháp tính gần đúng, nên sai số phụ thuộc vào nhiều vấn
đề, như mô hình bài toán, kỹ thuật giải, kích thước lưới chia, các hằng số thực
nghiệm được đưa vào nhằm khép kín bài toán, giới hạn các điều kiện biên,
v.v. do đó, người sử dụng phải vừa có kiến thức về phương pháp số và phải có
kiến thức sâu về chuyên môn ứng dụng.
Ngoài việc sử dụng ngôn ngữ lập trình để xây dựng các chương trình
tính toán, người sử dụng có thể sử dụng nhiều phần mềm chuyên dụng khác
nhau, nổi bật là Fluent - Ansys.
Thông thường để khép kín hệ phương trình đại số trong quá trình tính
toán, cần được đưa vào các hệ số thực nghiệm có sẵn, nên nó còn gọi là
phương pháp bán thực nghiệm. Điều này đòi hỏi người sử dụng phải có số
liệu thực nghiệm trên cùng mô hình bài toán để kiểm chứng kết quả tính toán
trước khi cho tính toán hàng loạt các bài toán cùng dạng.
Thực tiễn, trong quá trình nghiên cứu và triển khai thực nghiệm, nhờ ứng
dụng TT ĐLHCL đã thể hiện rõ những ưu điểm sau đây :
-Tiết kiệm thời gian và chi phí đầu tư nghiên cứu, hơn nữa nghiên cứu
sâu bản chất hiện tượng tính toán mô phỏng ở những điều kiện mà thực
nghiệm gặp khó khăn hoặc thậm chí không thể tiến hành được, nhằm tìm
kiếm trường hợp tối ưu. Khi chưa có các công cụ hỗ trợ của máy tính, các sản
phẩm thường phải qua nhiều lần làm thử nghiệm, hiệu chỉnh, bổ sung để có
được sản phẩm tối ưu. Mỗi lần làm thử nghiệm là đầu tư thời gian và tốn kém
chi phí. Làm việc trong môi trường mô phỏng có thể đánh giá bước đầu về
mô hình, thiết kế, chế tạo để đưa ra các phương án hiệu chỉnh trước khi làm
thực nghiệm;
- Có thể thực hiện mô phỏng trong những điều kiện thực, điều kiện ảo,
điều kiện lý tưởng, trong những điều kiện làm việc đặc biệt, như siêu thanh,

48. 29
không trọng lực, nhiệt độ lớn mà trong những điều kiện này không phải lúc
nào con người cũng có thể tạo ra, đo đạc, giám sát được. Từ đó đưa ra những
đánh giá phân tích kết quả trong nghiên cứu;
- Hữu hiệu trong công tác tiến hành thực nghiệm, bởi vì TT ĐLHCL cho
phép xác định toàn bộ trường kết quả tại tất cả những điểm trong vùng khảo
sát và mọi thời điểm khảo sát. Trong khi đó, khi tiến hành thực nghiệm, do
hạn chế về công nghệ và chi phí, mỗi lần tiến hành chỉ xác định được một số
dạng thông số tại những thời điểm nhất định.
Tuy nhiên, phương pháp TT ĐLHCL cũng tồn tại một số hạn chế nhất
định, như:
- TT ĐLHCL giải quyết bài toán trên cơ sở mô hình vật lý được tạo lập,
vì vậy mỗi dạng bài toán chỉ phù hợp với mô hình vật lý của nó. Dĩ nhiên việc
chọn mô hình vật lý không sát với thực tiễn sẽ dẫn đến sai lệch về kết quả
nghiên cứu;
- TT ĐLHCL luôn tồn tại sai số do mô hình toán, sai số khi xây dựng và
chọn bài toán, thậm chí sai số bởi chính năng lực tính toán của máy;
- TT ĐLHCL nhạy cảm với điều kiện biên, vì vậy tùy thuộc vào mục
đích của người sử dụng, việc lựa chọn điều kiện biên khi tính toán rất quan
trọng và góp phần quyết định mức độ chính xác của kết quả tính toán.
1.3.3 Cơ sở lý thuyết về neo đậu tàu thủy
Dưới đây là lý thuyết cơ bản để tính toán ngoại lực tác động khi tàu neo,
lực giữ của neo đã được công bố. Trên cơ sở lý luận này, tác giả có thể sử
dụng một phần để phục vụ công tác nghiên cứu đề tài, đặc biệt là cơ sở cho
phần nghiên cứu thực nghiệm trong đề tài.
● Ngoại lực tác động lên tàu khi neo [102]
Thực tế, tàu biển khi neo đậu luôn chịu tác động của yếu tố ngoại cảnh,
làm cho tàu luôn bị trôi dạt. Tổng quát lực ngoại cảnh tác động xác định theo
công thức:

49. 30
d
g F
F
F 

0
Trong đó:
F0 - ngoại lực tổng hợp tác động vào tàu khi neo (kG);
Fg - lực tác động của gió lên phần nổi của tàu khi neo (kG);
Fd - lực tác động của dòng chảy vào phần chìm của tàu khi neo (kG).
Mặt khác, giá trị Fg tính bằng công thức:
S
V
k
F g
g
g
g
2
2
1


Giá trị Fd tính bằng công thức:
S
V
k
F d
d
d
2

Trong đó:
kg - hệ số lực cản của gió đối với tàu biển, có giá trị bằng kg = 0,075 ÷
0,085;
kd - hệ số lực cản của dòng chảy đối với tàu, giá trị trung bình là kd = 5 ÷
6;
g
 - khối lượng riêng không khí, có giá trị  
3
0,122 /
g kg m
 
Vg - tốc độ gió (m/s);
S - diện tích mặt tiếp xúc của vỏ tàu (m2
).
● Lực giữ của neo và ảnh hưởng của chất đáy [102]
Trên cơ sở tính toán lực tác dụng lên con tàu khi neo, hoàn toàn tính toán
được lực giữ của neo để đảm bảo tàu neo an toàn trong bất kỳ điều kiện nào.
Lực giữ của neo xác định theo công thức sau:
L
N
G F
F
F 

Trong đó:
FG - lực giữ của neo (kG);
Giá trị FN tính theo công thức:
(1.13)
(1.14)
(1.15)
(1.12)

50. 31
n
N l
F K P
 
Giá trị FL tính theo công thức:
2
n
L l
l H
F P
H

 
Hay
2
n
G l n l
l H
F K P P
H

   
Trong đó:
Pn - trọng lượng neo tính bằng kG và
2
3
n
P D

 
(Giá trị  phụ thuộc vào tải trọng của tàu:  = 10 ÷ 25 khi D = 800 ÷
15.000 tấn;  = 8 ÷ 10 khi D = 15.000 ÷ 42.000 tấn)
ln - chiều dài dây (m);
H - độ cao từ lỗ nống tới đáy biển (m);
Pl - trọng lượng 1m lỉn neo trong nước;
D - lượng giãn nước của tàu (tấn);
Kl - hệ số lực giữ của neo phụ thuộc vào loại neo, chất đáy và trạng thái
mặt biển.
Giá trị Kl phụ thuộc trạng thái mặt biển: Số 1 - bình thường; số 2 - gió
giật nhẹ; số 3 - gió mạnh. Giá trị Kl phụ thuộc vào chất đáy, tra trong bảng
1.4.
Bảng 1.4 Giá trị hệ số K1 phụ thuộc vào chất đáy
Loại neo
Hệ số Kl
Chất đáy bùn Chất đáy cát Chất đáy đá
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Hải quân 2,2 4,1 5,2 3,0 4,3 9,2 3,1 3,1 32,5
Cánh gập 2,2 3,1 6,8 6,5 1,7 2,5 2,8 5,1 8,6
Ma-tơ-rơ-xốp 11,5 17,6 43,7 8,0 12,5 32,0 - - -
(1.16)
(1.17)
(1.18)

51. 32
Trong thực tế, trọng lượng của neo được ghi ngay trên thân neo.
● Công thức thực nghiệm được công bố và sử dụng phổ biến khác, lực
giữ của neo [103] với đáy biển phụ thuộc vào khối lượng, hình dáng của neo,
độ dài và khối lượng xích neo và có thể tính toán theo công thức sau:
1
L
W
W
P c
c
a
a 
 

Trong đó:
P - lực giữ của neo;
Waλa - lực bám đáy của neo;
WcλcL1 - lực ma sát của xích neo;
Wa - khối lượng của neo trong nước, tính bằng 0,867 lần khối lượng của
neo trong không khí (kg);
λa - hệ số lực bám đáy của neo (xem bảng 1.5 - hệ số lực bám đáy và hệ
số ma sát của xích neo);
Wc - khối lượng một mét xích neo trong nước (kg);
λc - hệ số ma sát của neo (xem bảng 1.5 - hệ số lực bám đáy và hệ số ma
sát của xích neo);
L1 - chiều dài của xích neo nằm trên đáy.
Bảng 1.5 Hệ số lực bám đáy và hệ số ma sát của xích neo
Chất đáy
Bùn
dẻo
Bùn
cứng
Bùn
cát
Cát
Cát
vỏ sò
Đá
sỏi
Đá cuội
λa 10 9 8 7 7 6 5
λc 3 2 2 2 2 1,5 1,5
Mặt khác, lực bám của neo cũng có thể tìm được theo đồ thị thực nghiệm
(hình 1.10) khi biết tỷ số chiều dài của xích neo, chất đáy, khối lượng neo.
(1.19)

52. 33
Hình 1.10 Đồ thị mô tả kết quả thực nghiệm mô hình neo và neo thật
1.4 Giới hạn vấn đề nghiên cứu của luận án
● Về không gian: Các số liệu về độ sâu, tốc độ và phương chiều dòng
chảy được tham khảo tại khu neo đậu Vũng Tàu;
● Về đối tượng nghiên cứu:
- Tổng quát: Tác động của dòng chảy đến tàu thủy bất kỳ khi neo đậu;
- Cụ thể: Tác động của dòng chảy đến mô hình đồng dạng tàu dầu Aulac
Jupiter [110] (hệ số đồng dạng k = 100) của Công ty Cổ phần Âu Lạc;
● Về nội dung nghiên cứu:
- Thiết lập mô hình bài toán nghiên cứu tác động của dòng chảy lên tàu
thủy khi neo đậu từ đó xác định lực căng lỉn neo;
- Xây dựng quy trình ứng dụng TT ĐLHCL để nghiên cứu bài toán tác
động của dòng chảy lên tàu thủy và tính toán mô phỏng cụ thể cho mô hình
đồng dạng tàu dầu Aulac Jupiter;
- Xây dựng quy trình nghiên cứu thực nghiệm tác động của dòng chảy
lên tàu thủy và thiết kế, chế tạo trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm
cụ thể cho mô hình đồng dạng tàu dầu Aulac Jupiter;
- Xây dựng công thức xác định lực căng lỉn neo khi neo đậu cho mô hình
đồng dạng tàu dầu Aulac Jupiter với các thông số cơ bản sau:

53. 34
Bảng 1.6 Các thông số cơ bản tàu Aulac Jupiter [110]
Stt Tên Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài toàn bộ 137,76 m
2 Chiều dài tính toán 129,5 m
3 Chiều rộng 20,8 m
4 Mớn nước đầy tải 8,1 m
5 Chiều dài lỉn neo được sử dụng ở khu neo
Vũng Tàu
27,5 x 4 m
1.5 Kết luận chương 1
Chương 1 đã tổng hợp được tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới
liên quan đến đề tài, các số liệu tổng quan về khu neo đậu Vũng Tàu. Đã tổng
hợp được cơ sở lý luận cần thiết phục vụ nghiên cứu đề tài như: lý thuyết về
chất lỏng, tính toán động lực học chất lưu, lý thuyết về neo đậu tàu thủy. Từ
đó đưa ra được giới hạn vấn đề nghiên cứu của luận án.
Trong chương 2 sẽ xây dựng mô hình nghiên cứu, cơ sở toán học và ứng
dụng TT ĐLHCL để tính toán mô phỏng tác động dòng chảy đến tàu thủy khi
neo đậu nhằm xác định lực căng lỉn neo, tính toán cụ thể cho mô hình đồng
dạng với tàu dầu Aulac Jupiter (hệ số đồng dạng k = 100) của Công ty Cổ
phần Âu Lạc.

54. 2 CHƯƠNG 2: ỨNG D
HỌC CHẤT LƯU
2.1 Xây dựng quy trình nghiên c
2.1.1 Xây dựng mô hình bài toán
Mô hình tổng quát bài toán đư
Hình
Đầu vào bài toán bao g
- “Vỏ tàu” được đị
- Phần giao nhau gi
được định nghĩa là mặt thoáng;
- Bài toán chưa xét đ
bao quanh mô hình tàu g
vận tốc là vận tốc dòng ch
Để thuận lợi cho xây d
mô phỏng, Nghiên cứu sinh
chuẩn Froude [117] với tàu
Theo tiêu chuẩn này, mô hình nghiên c
đồng dạng với nhau khi có cùng s
Trong đó:
L - chiều dài đặc trưng, có giá tr
Lỗ nống
- Tuyến hình tàu
- Tải trọng
- Vận tốc dòng (t)
- Chiều sâu
- Chất đáy
Lỉn neo
35
NG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN Đ
XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG LỈN NEO TÀU TH
trình nghiên cứu
ng mô hình bài toán [99]
ng quát bài toán được thiết lập như sau:
Hình 2.1 Mô hình bài toán nghiên cứu
u vào bài toán bao gồm:
ịnh nghĩa là tường;
nhau giữa hai vùng (hay hai pha) “không khí” và “nư
t thoáng;
Bài toán chưa xét đến ảnh hưởng của gió và sóng, nghĩa l
bao quanh mô hình tàu gồm pha khí có vận tốc bằng không và pha nư
c dòng chảy tại khu vực neo đậu (Vi).
i cho xây dựng mô hình nghiên cứu và thực hi
u sinh lựa chọn và sử dụng số liệu đồng d
i tàu dầu Aulac Jupiter.
n này, mô hình nghiên cứu và mô hình thự
i nhau khi có cùng số Froude, thỏa mãn:
.
c trưng, có giá trị bằng chiều dài toàn bộ tàu (m);
Biên dạng vỏ tàu khảo sát Mặt thoáng
Độ sâu khu neo đậ
Mớn nước
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC
TÀU THỦY
a hai vùng (hay hai pha) “không khí” và “nước” sẽ
ĩa là dòng chảy
ng không và pha nước có
c hiện tính toán
ng dạng theo tiêu
ực, được gọi là
tàu (m);
t thoáng
Chất đáy
ậu
(2.1)

55. 36
g - gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2
;
V - giá trị vận tốc (m/s);
Khi đó:
2 2
t m
t t m m
V V
g L g L
 , với gt = gm = g
Vậy các đại lượng cho mô hình được xác định:
Vận tốc dòng chảy cho bài toán mô hình Vm là:
. m t
m t
t
L V
V V
L k
 
- Do kích thước bài toán lớn, sẽ liên quan đến số ô lưới tính toán bằng
phương pháp số, để phù hợp với cấu hình máy tính hiện tại ở Việt Nam,
Nghiên cứu sinh chọn hệ số đồng dạng hình học k = 100. Các đại lượng khác
tuân thủ tiêu chuẩn Froude:
2
;
t t
m m
V S
k k
V S
 
3 4
; .
t m t m
F k F M k M
  
Trong đó:
Vm, Vt: Vận tốc dòng chảy bài toán mô hình và bài toán thực;
Ft, Mt - lực tác động và mô men theo bài toán thực;
Fm, Mm - lực tác động và mô men bài toán mô hình.
2.1.2 Cơ sở toán học [98], [100]
Đây là bài toán hai pha (đó là pha nước và pha khí), nên tồn tại mặt
thoáng phân cách giữa hai pha. Vì vậy, Nghiên cứu sinh sử dụng phương
pháp VOF (Volume of Fluid). Phương pháp VOF giải phương trình vi phân
chủ đạo cho hỗn hợp nhiều pha, bằng cách đưa thêm vào đại lượng tỷ lệ thể
tích pha (volume fraction).
Gọi αk là tỷ lệ thể tích pha thứ k, khi đó:
1
1
n
k
k




(2.2)
(2.3)
(2.4)

56. Với k là khối lượ
hỗn hợp là:
1
n
k
  

 
Từ đó, giải các phương tr
đặc trưng:
Tỷ lệ thể tích được xác đ
Trong đó:
(n + 1) - bước thời gian hi
n - bước trước đó;
αkf - giá trị danh ngh
V - thể tích phần t
Uf - thể tích dòng
- khối lượng chuy
- khối lượng chuy
Có thể xác định trư
lượng và phương trình n
Trong đó:
T - nhiệt độ;
E - năng lượng và E đư
pk
m

kp
m

37
ợng riêng của pha thứ k. Khi đó, khối lư
1
n
k k
k
  

 
phương trình vi phân chủ đạo, để xác định các đ
c xác định theo các bước thời gian:
i gian hiện tại;
đó;
nghĩa của tỷ lệ thể tích pha thứ k;
tử tính toán;
qua bề mặt theo phương pháp tuyến;
chuyển từ pha p tới pha k;
chuyển từ pha k tới pha p; sαk = 0.
nh trường vận tốc và năng lượng qua phương tr
ình năng lượng:
ng và E được xác định theo (2.9):
i lượng riêng của
nh các đại lượng
ng qua phương trình động
(2.5)
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.9)

57. Ngoài ra chương tr
số thực nghiệm khác. T
thuật giải như bảng 2.1.
Bảng 2.1 Tổng hợ
Đặc tính
Loại bài toán
Theo thời gian
Vật liệu
Mô hình dòng chảy đa pha
Trạng thái dòng chảy
Mô hình rối
Các đặc tính về dòng ch
Bảng 2.2 Các đặc tính dòng ch
Pha
Kh
Nước biển
Không khí
38
Ngoài ra chương trình sử dụng kỹ thuật giải “Transition SST
Từ đó, tổng hợp các lựa chọn mô hình tí
2.1.
ợp các đặc tính lựa chọn
c tính Lựa chọ
3D
Không ổn định
Hỗn hợp nhiều pha
y đa pha VOF (Volume of Fluid)
Dòng rối
Transition SST
dòng chảy, cụ thể là dòng hai pha theo bảng 2.2.
c tính dòng chảy 2 pha
Khối lượng riêng
(kg/m3
)
Hệ số nh
động lực học (N.s/m
1025 1,21.10
1,184 1,855.10
tion SST” và các hệ
ính toán và kỹ
ọn
VOF (Volume of Fluid)
ng 2.2.
nhớt
c (N.s/m2
)
1,21.10-3
1,855.10-5
(2.10)

58. 39
2.1.3 Quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất
lưu
Quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu [100]
để tính toán mô phỏng bài toán đặt ra được thể hiện qua hình vẽ sau:
Hình 2.2 Quy trình ứng dụng phương pháp tính toán động lực học chất lưu
Xây dựng mô hình bài toán
- Vẽ mô hình (theo bản vẽ tuyến hình)
- Chia lưới không gian tính toán
Đặt điều kiện biên
(được đo đạc từ thực tế kết hợp với tiêu chuẩn
đồng dạng sử dụng)
Tính toán mô phỏng
(xác định lực căng lỉn neo)
Phân tích kết quả
Bước 1
Bước 2
Bước 3
Bước 4
Bước 5
Bước
6:
Thay
đổi
V
Bước
7:
Thay
đổi
mớn
nước
T
Xây dựng mô hình bài toán
- Vẽ mô hình (theo bản vẽ tuyến hình)
- Chia lưới không gian tính toán
Đặt điều kiện biên
(được đo đạc từ thực tế kết hợp với
tiêu chuẩn đồng dạng sử dụng)
Tính toán mô phỏng
(xác định lực căng lỉn neo)
Phân tích kết quả
Bước 1
Bước 2
Bước 3
Bước 4
Bước 5