شبيه سازي عددي غير دائم جريان دنباله يك پروانه دريائي با استفاده از مدل URANS

Numerical Simulation of the Unsteady Wake Flow around a Marine Propeller Using URANS Model

بررسي ميدان جريان پشت پروانه هاي دريايي به دليل كاربرد فراوان در شناسائي شناورها و تخمين نويز هيدروديناميكي آن ها از اهميت ويژه اي برخوردار است. در تحقيق حاضر، جريان دائم و غيردائم دنباله يك پروانه دريايي توسط نرم افزار متن باز اوپن فوم و حلگرهاي سيمپل فوم و پيمپل دايم فوم شبيه سازي شده است. نتايج بدست آمده از منحني عملكرد و دنباله جريان نزديك پروانه با داده هاي آزمايشگاهي موجود اعتبارسنجي شده است كه تطابق بسيار خوبي را نشان مي دهد. نتايج مطالعه شبكه در ناحيه دنباله نشان مي دهد كه بر خلاف كميت هاي كلي جريان، شبكه استفاده شده در اين ناحيه به شدت بر روي نتايج ميدان دنباله تاثيرگذار است. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه مدل سازي دائم به روش معادلات RANS براي محاسبه ضرايب هيدروديناميكي مناسب بوده و با هزينه محاسباتي كمتر و دقت مناسب نسبت به روش غيردائم URANS نتايج را پيش بيني مي كنند. از طرف ديگر، بررسي صحيح نوسانات جريان و ناپايداري هاي جريان گردابه اي، تنها با انجام شبيه سازي هاي غيردائم و شبكه مناسب امكان پذير است. در اين مقاله همچنين اثر ضريب پيشروي بر ساختار جريان گردابه اي در ناحيه دنباله بررسي شده است. مقايسه كيفي نتايج اين تحقيق و نتايج مشابه موجود از مدل دقيق تر DES نشان مي دهد كه روش URANS به شرط استفاده از شبكه مناسب، توانايي بسيار بالايي در مدل سازي ميدان دنباله دارد. اين روش حجم شبكه مورد نياز و زمان اجرا را ضمن حفظ دقت نتايج، به ميزان بسيار چشمگيري كاهش مي دهد.

The flow field investigation around marine propellers is of great importance, due to its applications in vessels identification and hydrodynamic noise prediction. In the present research, the steady and unsteady wake flow field was simulated using the RANS equations with the open-source OpenFOAM software and the simple-Foam and Pimple-DyMFoam solvers. The obtained characteristic chart and near propeller wake flow results were validated against available experimental data, and were shown to be in a very good agreement. The grid study results in the wake region prove that unlike global quantities, the employed wake grid strongly affects the wake parameters. The results obtained from the present research show that employing the RANS models is suitable for the hydrodynamic coefficients calculation and these models predict the results with a low computational cost against the Unsteady RANS approach. On the other hand, an accurate investigation of the flow fluctuations and the vortex flow instabilities can only be accrued performing unsteady simulations with an appropriate refined grid. In this research, the effect of advance coefficient is also investigated on the vortex flow pattern in the wake region. Qualitative comparison of the obtained results and similar available data of the more accurate DES turbulence model shows that the URANS method has great capabilities in wake flow simulation provided that a suitable grid is applied. This method significantly decreases the required cells number and run time while maintaining the results accuracy.