تحليل عددي عملكرد پروانه در نزديك سطح آب

Numerical Analysis of the propeller performance close to water surface

شبيه سازي جريان اطراف پروانه يك مسيله پيچيده سيالاتي مي باشد خصوصاً وقتي پروانه در نزديك سطح آزاد باشد. در اين تحقيق، اثر عمق غوطه وري، سرعت پيش روي و پديده تهويه روي عملكرد يك پروانه سري بي-وگنينگن در نزديك سطح بصورت عددي بررسي شده است. بدين منظور از نرم افزار تجاري انسيس- فلوينت براي حل ميدان جريان سيال لزج، تراكم ناپذير و دوفازي استفاده شده است. چرخش پروانه براي جريان دايمي بوسيله مدل دستگاه مرجع چرخان و براي جريان گذرا توسط شبكه لغزان مدل سازي شده است. براي مدل سازي جريان مغشوش و شبيه سازي حركت سطح آزاد به ترتيب از مدل k-? SST و روش حجم سيال استفاده شده است. براي اعتبارسنجي نتايج حل عددي، با توجه به عدم دسترسي به نتايج تجربي پروانه در نزديك سطح، حل عددي در شرايط آب آزاد انجام شده و ضريب هاي عملكردي پروانه محاسبه شده اند. مقايسه نتايج عددي با نتايج تجربي از تطابق خوبي برخوردار بوده و شبيه سازي عددي را تاييد مي نمايد. نتايج حاصل از حل عددي نشان مي دهدكه نسبت غوطه وري و پديده تهويه از عوامل موثر بر عملكرد پروانه مي باشند به نحوي كه با كاهش نسبت غوطه وري پروانه از 2.2 به1.4 در نسبت پيش روي 0.4، نسبت ضريب هاي نيروي پيش-رانش و گشتاور پيچشي به ضريب هاي عملكرد در شرايط آب آزاد به ترتيب 7.7 و 6 درصد كاهش مي يابد.

Simulation of the flow around propeller is a complex fluid flow problem, especially when the propeller is close to free surface. In this study, the effect of immersion depth, advance velocity and the ventilation phenomenon on the performance of a B-Wageningen series propeller close to surface of water have been numerically investigated. For this purpose the ANSYS-FLUENT commercial software has been used to solve the viscous, incompressible and two phase flow field. The rotation of the propeller has been implemented using the rotating reference frame model for steady flow and the sliding mesh for unsteady flow. For turbulent flow modeling and free surface simulation, the k-? SST model and the volume of fluid method have been used, respectively. For validation of numerical results due to lack of access to experimental results of propeller close to surface, numerical solution in open water condition has been performed and performance coefficients have been calculated. Comparing the numerical results with the experiment ones shows good agreement and confirms the results of numerical simulation. Results of the numerical solution show that the submergence ratio and ventilation phenomenon affect the performance of propeller so that by reducing submergence ratio from 2.2 to 1.4 in advance ratio J=0.4, ratio of thrust and torsional moment coefficients to open water performance coefficients reduced to 7.7% and 6%, respectively.