بررسی و تحلیل عددی همزمان جریان اطراف پروانه و شناور زیر دریایی

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. همچنین بررسی توزیع نیروی محوری در طول شعاع پره ها نشان می دهد که 40% خارجی پروانه بیشترین سهم را در تولید نیروی محوری بر عهده دارد. 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. جریان به صورت غیر دائم فرض شده و چرخش پروانه با استفاده از روش شبکه لغزان مدل شده است. شبکه تولید شده شامل 17,000,000 سلول است که بصورت بی سازمان در اطراف بدنه و پروانه توزیع شده است. در این شبیه سازی ضرایب هیدرودینامیکی نیروهای وارد بر شناور در حرکت آن با سرعت های مختلف در بازه 2 تا 24/8 متر بر ثانیه بدست آمده 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.