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

Abstract

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.