مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی عددی منحنی عملکرد و دنباله دائم جریان یک پروانه دریایی با استفاده از اوپن‌فوم

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه یزد- دانشکده فنی و مهندسی- گروه مکانیک
2 دانشگاه یزد
3 دانشگاه مالک اشتر
چکیده
در تحقیق حاضر، شبیه‌سازی عددی منحنی عملکرد و مدل‌سازی میدان دائم دنباله جریان یک پروانه دریایی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. حل با استفاده از نرم‌افزار متن‌باز اوپن‌فوم و حلگر دائم و تراکم ناپذیر سیمپل‌فوم انجام شده‌است. گرادیان‌ها از الگوریتم خطی گاوس محاسبه شده و معادله فشار با استفاده از روش چند‌شبکه‌ای حل شده‌اند. در این پژوهش، شبیه‌سازی منحنی عملکرد پروانه در کل بازه عملکردی انجام شده و اثر استفاده از دو مدل اغتشاشی Realizable-k-ε و k-ε-v^2-f بر نتایج بررسی شده‌است. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که استفاده از مدل دو معادله‌ای در تمامی حالت‌ها، بجز ناحیه نزدیک به حالت بولارد، تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد. در این حالت، زاویه‌حمله جریان ورودی به پروانه به شدت افزایش یافته و مدل دو معادله‌ای ضریب تراست را با 24% خطا پیش‌بینی می‌کند، درحالی‌که استفاده از مدل چهار معادله‌ای بهبود چشمگیری در نتایج ایجاد کرده و خطا را به 5% کاهش می‌دهد. در حل عددی، دنباله جریان در مقاطع مختلف طولی و شعاعی بررسی شده‌‌‌است که همخوانی خوبی با نتایج تجربی موجود نشان می‌دهد. بررسی جریان در ناحیه ویک نشان می‌دهد که رفتار مقطع طولی پائین‌دست مشابه مقطع بالادست بوده اما بازه تغییرات آن کمتر است. همچنین، بخاطر چرخشی بودن جریان پشت پروانه، مکان زاویه‌ای نقاط اکسترمم مولفه‌های ویک، دوران می‌کند. همچنین نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که در نزدیکی ناحیه گردابه نوک پره، تغییرات مولفه سرعت محوری ویک بسیار شدید بوده و سهم مولفه‌های محوری و مماسی سرعت در خارج از این ناحیه، ناچیز است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical simulation of the characteristic chart and the steady state wake flow past a marine propeller using OpenFOAM

نویسندگان English

Mohammad Reza Nazari 1
Amin Talezade Shirazi 2
Mojtaba Dehghanmanshadi 3
2 Yazd University
3 Malek-Ashtar University of Technology
چکیده English

In the present research, numerical simulation of the characteristic chart and steady-state Wakefield flow around a marine propeller is conducted. Solutions were performed using the open-source OpenFOAM software and the steady incompressible simple-Foam solver. The gradients were calculated using the linear Gauss algorithm, and the pressure equation was solved with the multi-grid method. In this research, characteristic chart simulation of the propeller was carried out for the entire operational conditions and the effect of using Realizable-k-ε and k-ε-v^2-f turbulence models on the results was investigated. The results were found to be in good agreement in all conditions except for the near bollard region. In this region, the propeller inlet angle of attack severely increased, and the two equation model predicted the thrust coefficient with 24% error, while implementing the four equation model significantly developed the results and decreased the error to 5%. The wake region parameters were also investigated in the numerical simulations at different longitudinal and radial cross sections behind the propeller which showed good agreement compared with the available experimental data. Wake region investigation showed that the flow behavior in downstream cross sections is similar to the corresponding upstream section with smaller variation ranges and for the swirling flow behind the propeller, the maximum and minimum angular position of the wake components rotates. The obtained results also show that the wake axial velocity component deviation is extremely large at the blade tip.

کلیدواژه‌ها English

Propeller
Thrust Coefficient
characteristic chart
Wake flow simulation
OpenFoam