NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG NHIỄU LOẠN DÒNG CHẢY CỦA QUẠT HƯỚNG TRỤC TRÊN TÀU BIỂN: CƠ CHẾ, NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

Tóm tắt

Nghiên cứu này mô phỏng hiện tượng mất ổn định dòng chảy trong quạt hướng trục của hệ thống thông gió buồng máy trên tàu biển, xuất phát từ thực tế khai thác khi thuyền viên thường đóng một phần van bướm gió (damper) nhằm giảm lưu lượng gió hoặc đóng hẳn tại các khu vực không có nhu cầu. Việc điều chỉnh này tuy thuận tiện trong vận hành nhưng có thể làm suy giảm hiệu suất quạt, gia tăng rung động và dao động áp suất, từ đó ảnh hưởng đến độ tin cậy khai thác của hệ thống. Qua mô phỏng tính toán động lực học thủy khí (CFD), kết quả chỉ ra rằng khi độ mở của van bướm gió giảm, trở lực hệ thống tăng cao khiến điểm làm việc của quạt dịch chuyển về vùng lưu lượng thấp và áp suất cao. Điều này dẫn đến sự hình thành các vùng xoáy lốc và gia tăng nguy cơ thất tốc khí động (stall). Đặc biệt, khi van bướm gió đóng từ 70–75%, lưu lượng gió suy giảm mạnh khiến khả năng làm mát động cơ bị hạn chế, làm tăng nguy cơ quá nhiệt và có thể dẫn tới cháy động cơ dù không có hiện tượng quá tải điện. Nghiên cứu cũng chứng minh rằng việc giảm tốc độ quay của quạt giúp cải thiện đáng kể độ ổn định của dòng chảy. Từ đó, nhóm tác giả đề xuất các giải pháp như sử dụng biến tần để điều chỉnh lưu lượng và trang bị cảm biến áp suất để giám sát, nhằm nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ cho hệ thống.

Abstract

This study simulates flow instability in marine axial fans within HVAC systems, arising from operational practice where crew members partially close dampers to reduce airflow or fully closing dampers in areas without cooling demand. While this adjustment is operationally convenient, it can degrade fan performance and increase vibration and pressure fluctuations, thereby affecting the system's operational reliability. Through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, the results indicate that as the damper opening decreases, system resistance rises, shifting the fan's operating point toward a low-flow and high-pressure region. This leads to the formation of vortices and an increased risk of aerodynamic stall. Notably, when the damper is 70–75% closed, the significant reduction in airflow limits motor cooling capacity, leading to an increased risk of motor overheating and potential burnout despite the absence of electrical overload. The research also demonstrates that reducing the fan's rotational speed significantly improves flow stability. Consequently, the authors propose solutions such as utilizing variable frequency drives (VFD) for flow regulation and installing pressure sensors for monitoring to enhance system reliability and longevity.

Keywords: Marine axial fan; Flow instability; stall; CFD, damper.