NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HIỆU SỐ MỚN NƯỚC TỐI ƯU NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRÊN TÀU BIỂN
Khoa học hàng hải
Luận án "Nghiên cứu xác định hiệu số mớn nước tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu trên tàu biển" giải quyết một vấn đề cấp thiết trong vận tải biển, đó là tiết kiệm nhiên liệu – yếu tố chiếm 40-60% tổng chi phí khai thác – đồng thời đáp ứng các yêu cầu về sử dụng năng lượng hiệu quả và bảo vệ môi trường của Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) và Ủy ban Bảo vệ Môi trường biển (MEPC). Mặc dù giải pháp tối ưu hóa hiệu số mớn nước (trim optimization) đã được IMO khuyến nghị và áp dụng phổ biến trên thế giới, việc triển khai tại Việt Nam còn hạn chế và mang tính định tính.
Mục đích nghiên cứu của luận án là xác định bản chất mối quan hệ giữa hiệu số mớn nước, tốc độ tàu và công suất máy chính. Trên cơ sở đó, luận án xây dựng mô hình tính toán để xác định hiệu số mớn nước tối ưu cho tàu hàng Series 12500 DWT đang khai thác tại Việt Nam, nhằm tiết kiệm nhiên liệu trong quá trình khai thác. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của hiệu số mớn nước đến công suất máy chính trong điều kiện biển êm và vùng nước có độ sâu không hạn chế.
Luận án đã sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu gồm tổng hợp, phân tích thống kê, lý thuyết thủy động lực học tàu thủy, mô phỏng số CFD (Computational Fluid Dynamics) và thực nghiệm để đạt được mục tiêu. Các đóng góp chính bao gồm việc hệ thống hóa cơ sở phương pháp luận về ảnh hưởng của hiệu số mớn nước đến sự thay đổi công suất máy và suất tiêu hao nhiên liệu; xây dựng mô hình bài toán tính toán mối quan hệ hiệu số mớn nước – tốc độ tàu – công suất máy bằng phương pháp CFD. Mô hình này sau đó được áp dụng để mô phỏng tính toán hiệu số mớn nước tối ưu cho tàu hàng Series 12500 DWT, với kết quả tính toán rất gần với kết quả thực nghiệm (sai số khoảng 5%).
Nghiên cứu chỉ ra rằng sự thay đổi công suất máy của tàu phụ thuộc vào ba yếu tố chính: trạng thái tải trọng của tàu, hiệu số mớn nước và tốc độ tàu. Mức giảm công suất máy khi tàu chạy ở hiệu số mớn nước tối ưu so với khi chạy ở tư thế khai thác thông thường dao động trong dải từ 0.5% đến 4.5%. Luận án cũng giải thích bản chất vật lý của sự thay đổi công suất máy thông qua phân tích sự khác nhau về đường dòng bao quanh vỏ tàu, sức cản tàu và hiệu suất chân vịt. Giải pháp kỹ thuật này mang lại hiệu quả kinh tế thiết thực, giúp giảm 3-5% lượng nhiên liệu tiêu thụ, đồng thời đảm bảo tàu đáp ứng các yêu cầu ngày càng khắt khe của IMO về sử dụng năng lượng hiệu quả. Luận án cũng đề xuất quy trình thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của hiệu số mớn nước đến mức tiêu hao nhiên liệu.