Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad reza Zamani foroshani,Ahmad-Reza Azimian
احمدرضا زمانی فروشانی (استاد مشاور) احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alimohammad Momenirad
علی محمد مومنی راد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386
In the present work, viscous, incompressible and turbulent flow around a 5-blade-propeller, worked behind an underwater body is simulated using sliding mesh with unsteady flow consideration. The governing equations are solved by means of a commercial code, which is a general CFD software, using finite volume methods. Also a proper algorithm is used to obtain advance ratio of propeller working behind the body. The unstructured grid generated around the submarine and propeller includes17,000,000tetrahedral cells with 12 boundary layer meshes. Also flow around the propeller in openwater condition and around the body without propeller is simulated in order to compare results. The unstructured grid around the propeller in openwater condition includes2,100,000and around the body includes 17,500,000 tetrahedral cells with 12 boundary layer meshes. In order to validate this work, flow around the submarine and propeller B series model is simulated separately. The hydrodynamic forces are calculated and showed a good agreement with the experimental. In body simulation, the hydrodynamic coefficients of the forces acting on the body is estimated for submarine speed ranging from 1m/s to 8.24 m/s and flow angle of attack is zero. It shows that submarine drag coefficient decreases when Reynolds number increases. Investigation of flow in stern region of the submarine shows that fraction wake has a 15% reduction with increasing submarine velocity. Simulation of the propeller in openwater condition shows that the thrust and torque coefficient acting on the propeller decrease with increasing advance ratio. Investigation of flow in upstream region of the propeller shows that induced velocity of propeller decreases with increasing the advance ratio. Simulation of the propeller when working behind the submarine shows that the low magnitude of trust and torque of each blade occur 4 times in 1 rotation of propeller and it is due to high axial velocity influenced by stern wings. Although 4 stern wings make symmetrical wake field at the propeller plane, wake of sail causes the effective wake field and fluctuating of blade forces to be disordered. Result shows that the thrust and torque coefficient acting on the propeller working behind the body is less than the thrust and torque coefficient on the propeller in openwater condition at the same advance ratio. Results also show that the maximum efficiency in propeller working behind the body corresponds to a lower value of advance ratio compared to a uniform inlet velocity distribution. The hydrodynamic coefficient of the forces acting on the body with the propeller working behind is more than the hydrodynamic coefficient of the body without the propeller at the same Reynolds number. Key Words : Submarine, Marine propeller, Unsteady flow, CFD, Body and propeller interaction.
در کار حاضر ابتدا جریان لزج تراکم ناپذیر و مغشوش اطراف یک پروانه پنج پره ای در شرایط جریان ورودی یکنواخت با استفاده از نرم افزار فلوئنت مورد بررسی قرار گرفته است. جریان به صورت غیر دائم فرض شده و چرخش پروانه با استفاده از روش شبکه لغزان مدل شده است. شبکه تولید شده شامل 2,100,000 سلول است که به صورت بی سازمان در اطراف پروانه توزیع شده است. بمنظور اعتبار سنجی حل عددی جریان اطراف پروانه 5.55B با شرایط مشابه شبیه سازی شده که از تطابق خوبی با نتایج تجربی برخوردار است.نتایج نشان می دهند که ضرایب نیروی محوری و گشتاور با افزایش ضریب پیشروی کاهش می یابند.بررسی میدان سرعت در بالا دست جریان نشان می دهد که میدان سرعت القایی پروانه به بالادست جریان با افزایش سرعت جریان یکنواخت ورودی به پروانه کاهش می یابد. در بخش بعدی جریان اطراف بدنه شناور زیر آبی در شرایط عدم حضور پروانه مورد بررسی قرار گرفته است. حل عددی جریان با استفاده از یک شبکه بی سازمان، متشکل از 17,500,000 سلول انجام گرفته است. در این شبیه سازی ضرایب هیدرودینامیکی نیروهای وارد بر شناور در حرکت آن با سرعت های مختلف در بازه 1 تا 24/8 متر بر ثانیه برآورد شده است. نتایج بدست آمده از کار حاضر که توافق خوبی با نتایج گزارش شده از یک مرکز پژوهشی دریایی دارند، نشان می دهند که ضریب درگ شناور با افزایش عدد رینولدز جریان در بازه سرعت های ذکر شده در حدود 20% کاهش می یابد و مکانیزم غالب در تولید نیروی درگ کل، نیروی اصطکاکی است. بررسی میدان جریان در انتهای شناور نشان می دهد که فاکتور دنباله که بیانگر میزان کاهش سرعت متوسط سیال در انتهای شناور می باشد، با افزایش سرعت شناور در بازه سرعت مورد بررسی در حدود 15% کاهش می یابد. سرانجام جریان اطراف شناور زیر آبی در شرایط حضور پروانه در انتهای بدنه مورد بررسی قرار گرفته است.شبکه تولید شده شامل 17,000,000 سلول است که بصورت بی سازمان در اطراف بدنه و پروانه توزیع شده است.نتایج نشان می دهند که نیروی تولیدی پروانه بدلیل حضور سطوح کنترل در انتهای بدنه و در مسیر جریان ورودی به پروانه نوسانی است بطوریکه نیروی تولیدی هر پره در هر دور چرخش پروانه 4 بار نوسان می کند. در ضریب پیشروی یکسان ضرایب هیدرودینامیکی در حالت کار پروانه در پشت شناور کمتر از حالت آب باز است و با افزایش ضریب پیشروی این اختلاف بیشتر می شود. مقایسه نیروهای وارد بر بدنه در شرایط حضور و عدم حضور پروانه نشان داد که در شرایط حضور پروانه بدلیل مکش پروانه ضریب درگ فشار و اصطکاکی افزایش می یابد که در این میان افزایش ضریب درگ فشاری بیشتر است. نهایتاً ضریب درگ کل در حالت حضور پروانه حداکثر 20% از حالت عدم حضور پروانه بیشتر است که در سرعت (m/s)2 شناور رخ می دهد. همچنین مشخص شد که اثرات مکش پروانه، تا فاصله 2/0 طول شناور بر ضریب فشار و تا فاصله 25/0 طول شناور بر تنش برشی بدنه شناور مشهود است که این مقدار با کاهش سرعت شناور و افزایش شدت مکش پروانه به ترتیب به 4/0 و 3/0 افزایش می یابد. کلمات کلیدی شناور زیرآبی، پروانه دریایی، جریان گذرا، دینامیک سیالات محاسباتی، برهمکنش بدنه و پروانه.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی