شبيه‌سازي عملكرد هيدروديناميكي پيش‌برنده‌هاي دريايي با كمك روش تركيبي ‌تيوري مومنتوم ‌المان پره و حل معادلات متوسط‌گيري شده ناوير- استوكس

Numerical Analysis of Marine Propulsors Using Coupled BEMT/RANS Method

شبيه‌سازي عددي عملكرد هيدروديناميكي پيش‌برنده‌هاي دريايي با هندسه‌هاي پيچيده همانند سيستم‌هاي رانش پاددار، پروانه‌هاي نازل‌دار و سيستم‌هاي واترجت در مقايسه با تحليل هيدروديناميكي پروانه‌هاي معمولي از پيچيدگي‌هاي خاصي برخودار هستند. اين موضوع سبب بكارگيري و توسعه روش‌ها و تكنيك‌هاي عددي در تحليل هيدروديناميكي پيش برنده‌هاي دريايي شده‌است. روش تركيبي تيوري مومنتوم المان پره و حل عددي معادلات متوسط‌گيري شده ناوير-استوكس يك روش مناسب جهت شبيه‌سازي عملكرد هيدروديناميكي در اين نوع هندسه‌هاي پيچيده كه داراي اجزاي چرخشي و غيرچرخشي در كنار يكديگر هستند مي‌باشد. هدف اصلي اين مقاله توسعه اين روش تركيبي و استفاده از آن در تحليل عددي سيستم رانش پاددار است. بدين منظور جريان حول پروانه به وسيله تيوري مومنتوم المان پره مدلسازي شده و اثر آن تنها با تغيير در سرعت و فشار جريان سيال در محل قرارگيري پروانه بوسيله نيروهاي حجمي در روش ويسكوز بيان گرديده است. سپس جريان حول اجزاي ثابت سيستم پيش برنده به كمك روش ويسكوز شبيه سازي شده است. نتايج حاصله شامل نيروها و گشتاورهاي پروانه و نيروي محوري وارده بر كل سيستم رانش پاددار است. در ادامه نتايج بدست آمده با نتايج تجربي مقايسه شده است و دقت اين روش تركيبي مورد ارزيابي قرار گرفته است.

Hydrodynamic analysis of marine propulsors with complex geometry such as podded drive systems, ducted propellers, and waterjet systems are more complicated than conventional propeller systems. This fact has caused the usage and development of numerical methods and techniques. The hybrid method to couple the Blade Element Momentum Theory (BEMT) with Reynolds-Averaged Navier Stokes method (RANS) is a powerful tool to calculate the hydrodynamic characteristics of marine propulsors with rotating and fix parts. The main purpose of this paper is developing a BEM/RANS coupled method and using it for numerical simulation of podded drive systems. In this approach, the flow around propeller is simulated by BEMT and its effects are substituted in RANS method by a set of equivalent forces which called body force. Then the flow around the fixed parts of propulsors are modelled by RANS solver. The results include the propeller thrust, the propeller torque, and the axial force. The results obtained by coupled method are compared to and verified by the experimental data.