طراحی و بررسی عددی جریان پایا و ناپایا ‏حول پروانه باز و بسته در آب آزاد به‌وسیله مدل‌های SRANS و URANS

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی هیدرودینامیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی معماری کشتی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

برای یک شناور سطحی پروانه استاندارد طراحی شد، سپس با یک برنامه کامپیوتری هندسه سه‌بعدی پروانه بر مبنای داده‌های دوبعدی تولید و شبکه‌بندی و میدان جریان حول پروانه بر مبنای روش دینامیک سیالات محاسباتی حل گردید در این راستا از شبکه‌بندی ترکیبی و شرط پریودیک با برش اسپیلاین استفاده شد. در مدل‌سازی عددی از یک مدل دائم و سه مدل غیر دائم استفاده شد. نتایج مورد اعتبارسنجی و عدم قطعیت خطای گسسته سازی شبکه‌بندی محاسبه گردید. نتایج دارای تطابق مناسبی با نتایج آّب آزاد بود. نقطه جدایش جریان تخمین زده و دنباله پروانه موردبررسی قرار گرفت. به‌منظور مدل‌سازی گذار لایه‌مرزی از دو مدل گذار گاما و گاما رینولدز تتا استفاده شد. برای آشکارسازی گردابه و دنباله پروانه از معیار کیو استفاده گردید. جدایش جریان و گذار لایه‌مرزی از آرام به آشفته در روش غیر دائم در ضرایب پیشروی بالا با حالات دائم متفاوت بود. اثرات افزودن دو داکت استاندارد با کد 19 آ و 37 آ با پروانه باز مورد مقایسه و بررسی قرار گرفت که داکت19 آ دارای خواص هیدرودینامیکی بهتری بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Carlton J., Marine propellers and propulsion. Butterworth-Heinemann, 2012.
[2] Shamsi R. and Ghassemi H., Numerical Analysis of Marine Propulsor Using Coupled BEMT/RANS Method. Journal Of Marine Engineering, Vol. 13, pp. 1-14, 2017.
[3] Bernitsas M. M., Ray D. and Kinley P., KT, KQ and efficiency curves for the Wageningen B-series propellers. 1981.
[4] Observed M. and Pvan  O., Further computer-analyzed data of the Wageningen B-screw series. Int Shipbuild Progr, pp. 251-62, 1975.
[5] Van Lammeren W., Van Manen J. and Oosterveld M., The Wageningen B-screw series. 1969.
[6] Eckhardt M. and Morgan W., A propeller design method. Vol. 63: SNAME, 1955.
[7] Ekinci S., A practical approach for design of marine propellers with systematic propeller series. Brodogradnja: Teorija i praksa brodogradnje i pomorske tehnike, Vol. 62, pp. 123-129, 2011.
[8] Gaafary M., El-Kilani H. and Moustafa M., Optimum design of B-series marine propellers. Alexandria Engineering Journal, Vol. 50, pp. 13-18, 2011.
[9] Nguyen T. and Ikeda Y., A Numerical Study on Open-Water Propeller Characteristics. in Conference of JASNAOE Annual Spring Meeting, At Kobe, Japan, 2015.
[10] Elghorab M. A., Al E., Elwetedy S. and Kotb A., Open Water Performance of a Marine Propeller Model Using CFD. in Proceedings of International Conference on Fluid Dynamics, ICFD11, At Alexandria, Egypt, Vol. 11, 2013.
[11] Hayati A. N., Hashemi S. M., and Shams M., A study on the behind-hull performance of marine propellers astern autonomous underwater vehicles at diverse angles of attack. Ocean Engineering, Vol. 59, pp. 152-163, 2013.
[12] Paik K.-J., Numerical study on the hydrodynamic characteristics of a propeller operating beneath a free surface. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol. 9, pp. 655-667, 2017.
[13] ولی ع، سرانجام ب.، کمالی ر.، ربیعی و.، تحلیل عددی عملکرد پروانه در نزدیک سطح آب, مهندسی مکانیک مدرس, جلد 16، ص 291-299 1395.
[14] Boucetta D. and Imine O.,  Numerical Simulation of the Flow around Marine Propeller Series. Journal of Physical Science and Application, vol. 6, pp. 55-61, 2016.
[15] Chamanara M. and Ghassemi H., Hydrodynamic Characteristics of the Kort-Nozzle Propeller by Different Turbulence Models. American Journal of Mechanical Engineering, Vol. 4, pp. 169-172, 2016.
[16] Arief I. S., Musriyadi T. B. and Mafera A. D. A. J., Analysis Effect of Duct Length–Nozzle Diameter Ratio and Tip Clearance Variation on the Performance of K-Series Propeller. International Journal of Marine Engineering Innovation and Research, Vol. 2, 2017.
[17] Bhattacharyya A., Neitzel J. C., Steen S., Abdel-Maksoud M. and Krasilnikov V., Influence of flow transition on open and ducted propeller characteristics. in Fourth International Symposium on Marine Propulsors, Austin, Texas, USA, 2015.
[18] Wang X. and Walters K., Computational analysis of marine-propeller performance using transition-sensitive turbulence modeling.  Journal of Fluids Engineering, Vol. 134, p. 071107, 2012.
[19] Molland A. F., Turnock S. R. and Hudson D. A., Ship resistance and propulsion. Cambridge university press, 2017.
[20] Bertram V., Practical ship hydrodynamics. Elsevier, 2012.
[21] Breslin J. P. and Andersen P., Hydrodynamics of Ship Propellers. Cambridge Ocean Technology Series, 3. ed, 1995.
[22] Versteeg H. K. and Malalasekera W., An introduction to computational fluid dynamics. the finite volume method, Pearson Education, 2007.
[23] Menter F. and Egorov Y., Development and application of SST-SAS turbulence model in the DESIDER project. Advances in Hybrid RANS-LES Modelling, pp. 261-270, 2008.
[24] Malan P., Suluksna K., and Juntasaro E., Calibrating the gamma-Re_theta transition model for commercial CFD. in 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2009, p. 1142.
[25] STAR-CCM+ Documentation, 2017.
[26] Schlichting H. and Gersten K., Boundary Layer Theory. Springer, 2016.
[27] Lamb H., Hydrodynamics, 6 ed. New York: Dover, 1945.
[28] Luget H. J., The dilemma of defining a vortex.  Springer, pp. 309-321, 1979.
[29] Hunt J. C. R., Wray A. A., and Moin P., Eddies, stream and convergence zones in turbulent flows. CTR1988.
[30] Chong M. S., Perry A. E., and Cantwell B. J., A general classification of three- dimensional flow field. phys.Fluids, p. 765/777, 1990.
[31] Moore G., Cyclic and Symmetric Boundary Conditions Ways to Reduce the Size of Numerical Models. Tarpoff Moore Engineering, Inc, pp. 513-932-9777, 2015.
[32] ملکی ع.، هادی پورگودرزی ر. ا، علیزاده ا.، کرمی س.، احمدی ع.، مطالعه عددی عملکرد پروانه در آب آزاد با در نظر گرفتن شروط مرزی پریودیک, سومین کنفرانس ملی - مهندسی مکانیک, مشهد-اسفراین, 2017.
[33] Jessup S., Experimental data for RANS calculations and comparisons (DTMB P4119). in 22nd ITTC Propulsion Committee Propeller RANS/Panel Method Workshop, Grenoble, Apr. 1998, 1998.
[34] Jessup S. D., Measurement of multiple blade rate unsteady propeller forces. DAVID TAYLOR RESEARCH CENTER BETHESDA MD1990.
[35] Kulczyk J., SKRABURSKI Ł. and ZAWIŚLAK M., Analysis of screw propeller 4119 using the Fluent system. Archives of civil and mechanical engineering, Vol. 7, pp. 129-137, 2007.
[36] Richardson L. F., The approximate arithmetical solution by differece of physical probelems involving differential equations, with an application to the stresses in a masonry dam. Trans. R. Soc, Vol. 210, pp. 459-490, 1911.
[37] Richardson L. F. and Gant J. A., The deferred approach to the limit, Trans. R. Soc, Vol. 226, pp. 636-646, 1927.