آناليز عددي پروانه نيمه مغروق در حالت آب آزاد با استفاده از توسعه روش المان مرزي بر پايه جريان پتانسيل

Numerical Analysis of the Partially Submerged in Open Water Condition Using the Development of the Potential-Based Boundary Element Method

با توجه به اينكه الگوريتم طراحي پروانه نيمه مغروق تحت تاثير پارامترهاي هندسي و فيزيكي زيادي مرتبط است؛ لذا نياز به ارائه روش مناسب و ابزار محاسباتي است كه با در نظر گرفتن اثر تغيير كليه پارامترها، به تحليل جريان بر روي پروانه بپردازد. هدف اصلي از مطالعه حاضر توسعه روش المان مرزي بر پايه پتانسيل جهت تحليل پروانه نيمه مغروق در حالت ناپايا، تحت شرايط آب آزاد مي باشد. به كمك مفهوم مشتق مادي و با استفاده از شرط مرزي سينماتيكي؛ قابليت بررسي رشد، توسعه و تغييرات ضخامت ناحيه هوادهي-كاويتاسيوني در هر دو راستاي كورد و شعاعي پره بصورت ناپايا در محدوده گسترده اي از ضرايب پيشروي سرعت ايجاد شده است. بر اساس نتايج استخراج شده، در ضرايب پيشروي سرعت بالا انطباق بسيار خوبي بين مقادير بدست آمده از شبيه سازي عددي در مقايسه با داده هاي تجربي و مشاهدات هوادهي وجود دارد. با كاهش ضريب پيشروي سرعت از ميزان اين انطباق كاسته مي شود. در ضرايب پيشروي پايين (J<0.4) به علت ريزش شديد گردابه اي (طبق نتايج تجربي) نوسان لبه فرار سطح هوادهي بر روي سطح دنباله پروانه تاثيرگذار بوده و سبب ايجاد ناپايداري مي گردد. اما در ضرايب پيشروي بالا(J>0.4) انطباق ضرايب هيدروديناميكي نيرو-ممان و بازدهي پروانه در مقايسه با نتايج تجربي مطلوب بوده و در محدوده دقت مناسبي مي باشد.

Since the design algorithm of partially submerged propeller (PSP) is under the influence of the various geometrical and physical parameters; so a new convenient method and numerical tools is required to flow analysis on propeller and consider the effect of all parameters simultaneously. The aim of this study is the development of boundary element method (BEM) based on potential for PSP analysis under open water condition. Using the concept of material derivative and kinematic boundary condition، a BEM algorithm has been developed to analyze the growth، development and change in thickness of ventilation-cavitation regimes in both chord and radial directions on wide range of advance velocity coefficients. Based on the obtained results، in the high advance coefficients there are very good conformity between the values obtained from the numerical simulation compared with experimental data and observations. This adaptation is reduced by reducing the value of advance coefficient. For the low advance coefficients ((J<0.4)) due to the intense eddy shedding (according to experimental results)، oscillation of the ventilated surface end is effective on the propeller wake and is the cause of instability. While at the higher advance coefficients (J>0.4)، hydrodynamic coefficients obtained from numerical results and efficiency of propeller compared with experimental measurements are desirable.