ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

GIẢM HỆ SỐ CẢN KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH
XE AHMED BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO CÁC LỖ

THƠNG GIĨ PHÍA SAU
Mã số: T2022-06-25

Chủ nhiệm đề tài: KS. Tống Duy Quốc

Đà Nẵng, tháng 11 năm 2023

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

GIẢM HỆ SỐ CẢN KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH
XE AHMED BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO CÁC LỖ

THƠNG GIĨ PHÍA SAU
Mã số: T2022-06-25

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

KT. HIỆU TRƯỞNG (ký, họ tên)
PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS. TS. Võ Trung Hùng KS. TỐNG DUY QUỐC
ii

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

STT Họ và tên Vai trò Đơn vị công tác

1 TS. Nguyễn Minh Tiến Thành viên chính Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ
Thuật - Đại học Đà Nẵng
2 ThS. Phùng Minh Tùng Thành viên chính
Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ
Thuật - Đại học Đà Nẵng

iii

MỤC LỤC

Mục lục........................................................................................................................ iv
Danh sách các bảng, hình vẽ ..........................................................................................vi
Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt ................................................................................ix
Thông tin kết quả nghiên cứu.........................................................................................xi
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ................................................................................................... ii
DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI..................... iii

Tổng quan ................................................................................................15

1.1. Khí động học ô tô ...........................................................................................15
1.1.1. Khí động lực học và các thông số đặc trưng....................................................15
1.1.2. Lực cản khơng khí............................................................................................17
1.1.3. Cấu trúc vỏ xe và sự hình thành các vùng xốy thấp áp..................................21
1.1.4. Nguồn gốc của lực cản.....................................................................................23
1.1.5. Sự phát triển hình dạng thân xe .......................................................................29
1.2. Tình trạng nghiên cứu khí động học ô tô.....................................................34
1.2.1. Nghiên cứu lý thuyết........................................................................................34
1.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm..................................................................................36
1.3. Tổng quan về mô phỏng CFD và các ứng dụng công nghiệp ....................37
1.3.1. Tại sao lại cần đến mô phỏng CFD?................................................................37
1.3.2. Mơ phỏng CFD là gì? ......................................................................................38
1.3.3. Quy trình mơ phỏng CFD ................................................................................39
1.3.4. Các ứng dụng thực tiễn của mô phỏng CFD....................................................42

Xây dựng mơ hình mơ phỏng khí động lực học Ơ tơ...........................44
2.1. Cơ sở lý thuyết khí động học.........................................................................44
2.2. Mơ phỏng dịng chảy khơng khí ...................................................................44
2.2.1. Các cơng cụ tốn học và ký hiệu quy ước .......................................................44
2.2.2. Các phương trình mơ phỏng ............................................................................45
2.2.3. Các thơng số đặc trưng.....................................................................................46
2.2.4. Mơ phỏng dịng chảy rối..................................................................................48

iv

2.2.5. Phương pháp số để giải bài tốn khí động học ................................................53

2.3. Mơ phỏng khí động học vỏ xe bằng ANSYS – FLUENT ...........................54

2.3.1. Giới thiệu chung về ANSYS – FLUENT ........................................................54


2.3.2. Mơ phỏng dịng chảy khơng khí bao quanh vỏ xe bằng FLUENT..................55

AHMED Nghiên cứu MƠ PHỎNG KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH XE
...................................................................................................................57

3.1. Giới thiệu về mơ hình xe Ahmed ..................................................................57

3.2. Phương pháp mơ phỏng số............................................................................58

3.2.1. Phương trình SST k-ꞷ .....................................................................................58

3.2.2. Miền tính tốn và chia lưới..............................................................................58

3.3. Mơ phỏng khí động lực học mơ hình Ahmed 25o........................................60

3.3.1. Phân bố trường vận tốc ....................................................................................60

3.3.2. Phân bố trường áp suất.....................................................................................61

3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng đến hệ số cản khí động lực học
mơ hình xe Ahmed.......................................................................................................61

3.4.1. Phân bố trường vận tốc ....................................................................................61

3.4.2. Phân bố trường áp suất.....................................................................................62

3.5. Nghiên cứu giảm hệ số cản khí động lực học mơ hình xe Ahmed bằng
cách tạo các lỗ thơng gió phía sau ..............................................................................63


KẾT LUẬN ..................................................................................................................66

KẾT LUẬN ..................................................................................................................65

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................66

Thuyết minh đề tài NCKH..............................................................................................

Hợp đồng triển khai đề tài..............................................................................................

Phụ lục hợp đồng.............................................................................................................

Bảng Mục lục minh chứng sản phẩm của đề tài...........................................................

Bộ minh chứng sản phẩm của đề tài

v

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 1.1 Một số nguyên nhân giải thích tại sao CFD được sử dụng rộng rãi? ............37
Bảng 3.1. Thông số lỗ thơng gió của các trường hợp mơ hình xe Ahmed....................64
Bảng 3.2. Thông số đầu vào ..........................................................................................65
Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng.........................................................................................65

Hình 1.1 Các lực tác dụng lên vật nằm trong dịng chảy ..............................................15
Hình 1.2 Sự hình thành vùng xốy áp thấp phía sau vật cản ........................................17
Hình 1.3 Ảnh hưởng của hình dạng của vật cản tới sự hình thành vùng xốy .............18
Hình 1.4 Q trình cải thiện hình dạng khí động học ơ tơ nhằm giảm hệ số cản .........19
Hình 1.5 Hệ số cản khơng khí trên một số loại ơ tơ tải.................................................20

Hình 1.6 Hệ số cản khơng khí của các loại xe thơng dụng ...........................................20
Hình 1.7 Các vùng xốy trên vỏ ơ tơ con......................................................................21
Hình 1.8 Phân bố áp suất khơng thứ ngun trên vỏ xe................................................22
Hình 1.9 Ảnh hưởng của cấu trúc đi xe tới hệ số lực cản khí động ..........................23
Hình 1.10 Dịng khơng khí xung quanh phần đầu ơ tơ..................................................23
Hình 1.11 Sự phân bố áp lực phía trước ơ tơ.................................................................24
Hình 1.12 Sự phân bố lực cản phía trước ơ tơ...............................................................24
Hình 1.13 Ảnh hưởng của lực cản đến góc nghiêng của mặt trước ..............................25
Hình 1.14 Dịng chảy xung quanh kính chắn gió..........................................................25
Hình 1.15 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến sự phân bố lực cản trên kính chắn gió...26
Hình 1.16 Sự phân bố áp suất lên kính chắn gió và cột A ............................................27
Hình 1.17 Dịng khơng khí đi qua bộ tản nhiệt .............................................................28
Hình 1.18 Một số dạng ống dẫn khơng khí làm mát .....................................................29
Hình 1.19 Sự biểu diễn các hàm đặc trưng ...................................................................30
Hình 1.20 Tối ưu hố các chi tiết trên ơ tơ....................................................................31
Hình 1.21 Tối ưu hố các chi tiết trên ơ tơ....................................................................32
Hình 1.22 Sự phát triển của hình dạng thân xe .............................................................33
Hình 1.23 Sự phát triển hình dạng của ơ tơ từ thân cơ sở .............................................33
Hình 1.24 Lịch sử phát triển của các mơ hình tính tốn khí động học..........................34
Hình 1.25 Sơ đồ nguyên lý làm việc của ống khí động ................................................37

vi

Hình 1.26 Mơ hình căn bản trong mơ phỏng CFD........................................................39
Hình 1.27 Quy trình cơ bản cho người sử dụng mơ phỏng CFD ..................................40
Hình 1.28 Tóm lược về quy trình kiểm tra và kiểm nghiệm CFD ................................41
Hình 1.29 Ứng dụng thực tiễn của mơ phỏng CFD ......................................................43
Hình 2.1 Các thành phần ứng suất trên khối chất lỏng .................................................46
Hình 3.1. Mơ hình xe Ahmed........................................................................................57
Hình 3.2. Vùng khơng gian mơ phỏng ..........................................................................59

Hình 3.3. Chia lưới ........................................................................................................59
Hình 3.4. Kiểm tra lưới..................................................................................................60
Hình 3.5. Phân bố trường vận tốc..................................................................................60
Hình 3.6. Phân bố trường áp suất ..................................................................................61
Hình 3.7. Áp suất tại các góc nghiêng khác nhau: (a) 10° (b)15° (c) 25° (d) 45° (e) 60°
(f) 90°.............................................................................................................................63
Hình 3.8. Các trường hợp mơ hình xe Ahmed khác nhau.............................................64
Hình 3.9. Hệ số lực cản khí động lực học của các mơ hình xe Ahmed.........................65

vii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU: Tên gọi Đơn vị
Ký hiệu Lực khí động theo phương dọc N
Fx Lực khí động theo phương ngang N
Fz Lực khí động theo phương thẳng đứng N
Fy Hệ số cản khí động theo phương dọc -
Cx Hệ số cản khí động theo phương ngang -
Cz Diện tích cản chính diện m2
A Khối lượng riêng của không khí
⍴ Vận tốc dịng khí ở vơ cùng kg/m3
U∞ Số Reynolds m/s
Re Số Mach
M -
µ -

viii

ԑ Hệ số tán xạ năng lượng của dòng rối -


ω Hệ số tán xạ năng lượng của dòng rối -

CHỮ VIẾT TẮT:

Ký tự Nguồn gốc Chú giải

RANS Reynolds Averaged Navier Phương trình Reynolds trung bình hóa
Stokes

DNS Direct Numerical Simulation Mô phỏng trực tiếp

RSM Reynolds Stress Model Mơ hình ứng suất Reynolds

FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn

CFD Computational Fluid Dynamic Phần mềm tính toán động lực học chất
lỏng

LES Large Eddy Simulation Mơ hình dịng rối lớn

DES Detached Eddy Simulation Mơ hình dịng rối phân tách

SST Shear Stress Transport Mơ hình vận tải ứng suất

ix

Mẫu 3. Thông tin kết quả nghiên cứu đề tài KH&CN cấp Trường

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Giảm hệ số cản khí động lực học mơ hình xe Ahmed bằng phương

pháp tạo các lỗ thơng gió phía sau
- Mã số: T2022-06-25
- Chủ nhiệm: KS. Tống Duy Quốc
- Thành viên tham gia:
+ TS. Nguyễn Minh Tiến
+ ThS. Phùng Minh Tùng
- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: 3/2023 – 11/2023

2. Mục tiêu:
Đánh giá ảnh hưởng của góc nghiêng phía sau (=20o, =25o và =30o) đến lực

x

5. Tên sản phẩm:
1 bài báo được tính điểm cơng trình khoa học trong danh mục HĐCDGSNN, Chủ

nhiệm đề tài là tác giả liên hệ và đơn vị công tác thuộc trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật - Đại học Đà Nẵng. “Research on reducing aerodynamic drag of the Ahmed model
using the passive flow control method”, 8th International Scientific Conference on
Applying New Technology in Green Buildings (ATiGB).

1 chương trình máy tính

6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Đưa ra giải pháp giảm hệ số cản lực học trên mơ hình xe Ahmed bằng phương
pháp tạo các lỗ thơng gió phía sau.

Làm tài liệu tham khảo và hỗ trợ tích cực cho các đề tài NCKH của nhóm nghiên
cứu.
7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

xi

TM. Hội đồng Khoa Ngày 22 tháng 11 năm 2023
Chủ tịch Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)
(ký, họ và tên)

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KT. HIỆU TRƯỞNG
PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS. TS. Võ Trung Hùng

xii

Mẫu 4. Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: Giảm hệ số cản khí động lực học mơ hình xe Ahmed bằng phương


pháp tạo các lỗ thơng gió phía sau.
Code number: T2022-06-25
Coordinator: Tong Duy Quoc
Implementing institution: University of Technology and Education - The

University of Danang
Duration: from 3/2023 to 11/2023

2. Objective(s):
Evaluate the influence of the rear tilt angle (=20o, =25o and =30o) on

aerodynamic drag on the Ahmed car model.
Create rear air vents with different layouts to reduce aerodynamic drag on the

Ahmed car model.
3. Creativeness and innovativeness:

The Ahmed car model is equipped with rear ventilation holes of different sizes to
reduce the aerodynamic drag coefficient.
4. Research results:

Research using a combined computational fluid dynamics (CFD) simulation
method with the SST k-ω turbulence model to passive flow control for reducing
aerodynamic drag on the basic Ahmed model 25o (case 1). Passive flow control is
achieved by implementing rear air vent holes at the juncture between the rear and side
surfaces of the Ahmed model. Three different vent hole cases are created: case 2: 3 holes
with a diameter of 20mm, evenly spaced at 60mm intervals; case 3: 3 holes with a
diameter of 40mm, evenly spaced at 60mm intervals; case 4: 6 holes with a diameter of
20mm, evenly spaced at 30mm intervals. The simulation results reveal that the vent

holes effectively alter the flow of the Ahmed car model, leading to reductions in the
aerodynamic drag coefficients by 1.22%, 3.26%, and 2.44% for cases 2, 3, and 4,

xiii

respectively. Large vent hole diameters yield more significant improvements in reducing
aerodynamic drag. However, this may also somewhat compromise the original design
of the Ahmed model.
5. Products:

1 article is scored as a scientific work in the list of the Scientific Council of State,
the project leader is the contact author and working unit of the University of Technical
Education - University of Da Nang. “Research on reducing aerodynamic drag of the
Ahmed model using the passive flow control method”, 8th International Scientific
Conference on Applying New Technology in Green Buildings (ATiGB).

1 computer program
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

Provide a solution to reduce the drag coefficient on the Ahmed car model by
creating rear ventilation holes.

This is reference and actively supports students' scientific research projects.

xiv

TỔNG QUAN

1.1. Khí động học ơ tơ


Khi ô tô chuyển động trong môi trường khơng khí, sự tương tác của vỏ xe với mơi
trường sinh ra các lực và mơ men có ảnh hưởng xấu tới chất lượng vận hành của ô tô.

Hệ quả trực tiếp của sự tương tác trên là lực cản khơng khí làm gia tăng mức tiêu
thụ nhiên liệu của ô tô, đặc biệt là ở vận tốc cao do lực này tỷ lệ với bình phương của
vận tốc. Ngồi ra, lực nâng làm giảm khả năng bám đường, cịn các mơ men thì có thể
gây nên hiệu ứng lật xe. Đây là những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn
chuyển
động.

Để giảm tối đa những ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có những nghiên cứu sâu về
khí động lực học của vỏ xe ngay trong q trình thiết kế.

1.1.1. Khí động lực học và các thông số đặc trưng

Đối tượng nghiên cứu của khí động học là dịng chảy quanh một vật cản đang
chuyển động bằng phương pháp Euler với hệ tọa độ gắn với vật. Để đơn giản hóa
phương
pháp mơ tả, người ta coi một vật chuyển động với vận tốc V trong mơi trường khơng
khí tĩnh tương đương với vật đứng n trong dịng khí có vận tốc V.

Hình 1.1 mơ tả một vật cản nằm trong dịng chảy khơng khí với vận tốc ở đầu
nguồn là U∞. Dịng chảy khơng khí tác dụng lên vật một lực F, được phân tích thành 2
thành phần Fx (lực cản) song song với phương chuyển động của dịng khí và Fz (lực
nâng) là thành phần vng góc với phương chuyển động. Các lực này được tính như
sau:

F = CxA ρUU2∞ (1.1)
(1.2)
x 2


F = CzA ρUU2∞

z 2

Trong đó: Hình 1.1 Các lực tác dụng lên vật
nằm trong dòng chảy

Fx: là lực cản;
Fz: là lực nâng;
Cx, Cz: là các hệ số
ρ: khối lượng riêng không khí
U∞: vận tốc chuyển động (m/s)
A: là diện tích cản chính diện (m2)

15

Công thức 1.1 cho thấy hệ số Cx khơng có thứ ngun, nó khơng đặc trưng cho
một đại lượng vật lý nào mà chỉ phụ thuộc vào hình dạng khí động học của vật. Đây là
thông số đặc biệt quan trọng trong nghiên cứu khí động học.

Cơng thức trên cũng cho thấy, để giảm lực cản của không khí lên vật đang chuyển
động thì chỉ có cách duy nhất hợp lý là giảm hệ số Cx. Bởi vì, nếu giảm A thì sẽ giảm
thể tích sử dụng làm ô tô trở nên chật chội. Nếu giảm U thì tốc độ chuyển động giảm
làm năng suất vận chuyển giảm theo. Vì vậy, tất cả các nỗ lực trong nghiên cứu khí động
học ơ tơ ngày nay tập trung chủ yếu vào việc cải thiện hình dáng khí động học vỏ xe
nhằm giảm thiểu Cx.

Trước đây, khi ô tô chuyển động với vận tốc chưa cao, các nghiên cứu khí động


học chỉ quan tâm chủ yếu đến lực cản Fx do lực nâng rất nhỏ và ảnh hưởng không nhiều

đến điều kiện chuyển động. Khi ô tô chuyển động với vận tốc cao hơn, chẳng hạn như

ô tô thể thao và ơ tơ đua thì thành phần lực này đã được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn.

Đối với các ô tô là đối tượng nghiên cứu của đề tài, vận tốc tối đa thường xấp xỉ 100km/
h,

nên ảnh hưởng của lực nâng là không đáng kể.
Trong nghiên cứu khí động học, có 2 thơng số quan trọng đặc trưng dịng chảy

khơng khí là số Reynolds và số Mach. Chúng được định nghĩa như sau:

Số Reynolds : Re = µ ρU∞ U∞L (1.3)

∞

Số Mach : M = aU∞ (1.4)

∞

Trong đó: L: thơng số hình học đặc trưng (m)

µ: hệ số độ nhớt động lực (N.s/m2)

a: vận tốc truyền âm trong khơng khí.

Chỉ số “∞” trong các công thức trên thể hiện thông số được lấy ở vùng khơng khí
cách xa vật chuyển động và khơng chịu ảnh hưởng của vật này.


Trong nghiên cứu thủy khí động lực học người ta thường dùng các thông số trên
để đánh giá trạng thái dòng chảy và làm chỉ tiêu cho các phép quy đổi tương tự. Trong
đó, thơng số thường dùng đối với khí động học ơ tơ là Re vì M thường rất bé (M<1).
Còn nếu M rất lớn (trường hợp các máy bay siêu âm) thì cần sử dụng thêm một chỉ tiêu
tương tự khác nữa.

Ngoài ra, số Reynolds thường được sử dụng để đánh giá và xác định trạng thái dịng
chảy. Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong các nghiên cứu khí động lực học.

Trong phân loại dịng chảy khí động, khi M ≤ 0,3 dịng chảy được gọi là dịng chảy
dưới âm với mơi trường khơng chịu nén. Vì vậy, trong các tính tốn khí động học ơ tơ,

16

để đơn giản hóa bài tốn người ta thường chấp nhận giả thiết là khơng khí khơng chịu
nén với sai số không đáng kể (với M ≈ 0,3, sai số khoảng 5%).

1.1.2. Lực cản khơng khí

Lực cản của khơng khí có thể phân tích thành 2 thành phần: cản do ma sát Fms và
cản do chênh áp Fca, do vậy Cx cũng được chia thành hai thành phần tương ứng:

퐶퐶 = 퐶퐶퐶 + (1.5)
퐶퐶퐶
Nếu như thành phần cản do ma sát phụ thuộc chủ yếu vào độ nhám bề mặt của vỏ

xe thì thành phần cản do chênh áp lại phức tạp hơn rất nhiều. Nó phụ thuộc chủ yếu vào

hình dạng khí động lực học của vật cản. Hình 1.2 mơ tả dịng khí với vận tốc U∞ và áp


suất p∞ chảy quanh một vật cản. Có thể nhận thấy rằng, ban đầu dịng chảy ơm lấy vật

và được coi là bám vào nó cho tới điểm A. Tới đây, dòng chảy tách khỏi vật làm xuất

hiện một vùng xốy phía sau nó, vùng xốy này có áp suất p2 rất thấp (thường là chân

khơng), trong khi phía trước của vật lại chịu áp suất p1 lớn, do vậy sinh ra độ chênh áp:

Δpp = p1 - p2.

Hình 1.2 Sự hình thành vùng xốy áp thấp phía sau vật cản

퐶퐶 = 퐶퐶퐶 + 퐶. 퐶퐶 (1.6)

Trong đó A.Δpp = Fca là thành phần lực cản do chênh áp. Lực này phụ thuộc chủ
yếu vào độ chênh áp và diện tích của vùng xốy. Phạm vi của vùng xốy được xác định
bởi điểm tách dịng (điểm A trên hình 1.2). Đây là điểm mà dòng chảy bắt đầu tách khỏi
vật cản và là khởi đầu của vùng xoáy. Các nghiên cứu cho thấy, trong một mơi trường
xác định (có độ nhớt xác định) vị trí của điểm A phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: vận
tốc dòng chảy và hình dạng của vật cản.

Vận tốc của dịng chảy mà càng lớn thì điểm A càng dịch về phía trước làm diện
tích vùng xốy sẽ tăng lên và ngược lại. Nếu hình dạng của vật cản là lý tưởng về mặt
khí động học thì điểm A gần như khơng tồn tại mà dịng chảy sẽ bao kín vật cản như thể
hiện trên hình 1.3a. Trong trường hợp này có thể coi: Fca ≈ 0, hay Fx ≈ Fms.

17

a) 퐶퐶 ≈ 퐶퐶 b) 퐶퐶 ≫ 퐶

퐶 퐶퐶
Hình 1.3 Ảnh hưởng của hình dạng của vật cản tới sự hình thành vùng xoáy

Tuy nhiên, trên thực tế phần lớn các vật (trong đó có các vỏ xe ơ tơ) có hình dạng
khí động khơng thể là lý tưởng. Khi đó, tương quan giữa các thành phần Fms và Fca hồn
tồn phụ thuộc vào hình dạng khí động lực học của vật. Trên hình 1.3 thể hiện sự tạo
thành vùng xốy tuỳ theo hình dạng khí động học của vật cản. Hình 1.3a là trường hợp
vật có dạng khí động lực học lý tưởng nên khơng tạo vùng xốy và thành phần cản do
chênh áp rất nhỏ. Hình 1.3b thể hiện trường hợp vật có dạng khí động lực học xấu, ở
đây lực cản do chênh áp Fca chiếm tỷ lệ lớn trong Fx.

Đối với những vật có dạng khí động học tốt (cánh máy bay, cánh tuabin, chân
vịt,...) thì lực cản có thể tính như sau:

퐶 = 퐶퐶퐶 (1 + (1.7)
퐶)
v퐶ới: k = 0,1 - 0,15, có nghĩa là lực cản do ma sát chiếm tỷ lệ từ 85% đến 90%.

Các nghiên cứu đã khẳng định rằng, ô tơ nó có hình dạng khí động học được coi
là xấu, nên chúng phải chịu lực cản khí động lực học rất lớn. Trong đó, thành phần cản
do chênh áp vẫn chiếm tỷ lệ áp đảo và muốn giảm lực cản thì biện pháp duy nhất là cải
thiện hình dạng khí động học vỏ xe.

Như vậy, giảm 퐶퐶 đồng nghĩa với việc cải thiện hình dạng khí động học của ơ tơ.
Q trình hồn thiện dạng khí động học vỏ xe ơ tơ con theo lịch sử phát triển được mơ

tả trên hình 1.4. Có thể nhận thấy rằng, trong giai đoạn trước năm 1930 với những chiếc
ơ tơ có hình dáng giống xe ngựa cổ xưa, hệ số cản (trên hình ký hiệu là 퐶퐶) rất lớn
(0,65
÷ 1,0). Sau đó, vào những năm 1970, hệ số này giảm xuống gần giá trị 0,4 và ngày nay

nó chỉ cịn là 0,28 - 0,32 và một số loại xe đã có thể đạt được 퐶퐶 = 0,25 ÷ 0,27. Tuy
nhiên, sau năm 2000, khi những chiếc ơ tơ gần như đã hồn thiện về hình dạng khí động

lực học thì việc giảm được dù chỉ 0,01 trong Cx ngày càng trở nên khó khăn hơn, nó địi

hỏi phải có nghiên cứu tồn diện hơn, sâu sắc hơn, trang thiết bị thử nghiệm hiện đại

hơn cùng với những chi phí cao hơn rất nhiều. Vì vậy, trong giai đoạn này, đồ thị mô tả

Cx theo thời gian gần như nằm ngang.

18

Hình 1.4 Quá trình cải thiện hình dạng khí động học ơ tơ nhằm giảm hệ số cản
Trong đó:

W: lực cản
ρ: khối lượng riêng
V: vận tốc
A: diện tích
Trong tự nhiên, vật có hình dạng khí động học lý tưởng chính là giọt nước rơi trong
khơng khí. Nếu những chiếc ơ tơ cũng có hình dạng như vậy thì lực cản khí động lực
học là nhỏ nhất. Trên phần dưới của hình 1.4 mơ tả một số dạng vỏ xe có hệ số cản nhỏ
hơn 0,2 và thậm chí có thể đạt giá trị 0,1. Tuy nhiên, những chiếc xe với kiểu dáng như
vậy khó có thể đáp ứng được thị hiếu của người tiêu dùng hiện nay nên không thể xuất
hiện phổ biến được. Người ta thường chỉ gặp các dạng vỏ xe như vậy trên các đường
đua.
Đối với ô tô tải, hệ số lực cản khí động thường rất lớn, có thể đạt tới xấp xỉ 1,0.
Việc tối ưu hóa hình dạng khí động học của ơ tơ tải thường gặp nhiều khó khăn hơn các
chủng loại ơ tơ khác do đặc thù kết cấu của nó.

Trên hình 1.5 thể hiện sự phụ thuộc của hình dạng khí động học của ơ tơ tải có mui
kín với hệ số lực cản khơng khí (trên hình ký hiệu là CD). Các phương án thể hiện trên
hình 1.5 cho thấy, nếu có giải pháp tạo dáng hợp lý thì có thể giảm đáng kể hệ số cản.
Tuy nhiên, đối với dòng xe này hệ số cản thấp nhất vẫn xấp xỉ 0,6.

19

Hình 1.5 Hệ số cản khơng khí trên một số loại ô tô tải
Đối với ô tô chở khách, hệ số lực cản khí động lực học cũng khá lớn và thường
nằm trong khoảng từ 0,4 đến xấp xỉ 0,7. Việc tạo dáng vỏ xe để có được hệ số Cx nhỏ
có thể được thực hiện tương đối thuận tiện do vỏ xe có cấu trúc đơn giản hơn so với các
chủng loại ô tô khác (ô tô tải và ô tô con).

Hình 1.6 Hệ số cản khơng khí của các loại xe thơng dụng

20