Utveckling och validering av propellermodell baserat på rörelsemängdskälla för ett friströmningsfall

Abstract: Propellersimulering genom Computational Fluid Dynamics (CFD) används mer och mer i ett tidigt designstadium gällande fartygs framdrift. Rolls-Royce Hydrodynamic Research Centre har lång erfarenhet av propellerdesign och analysarbete genom både modelltester och numerisk simulering, och CFD används idag för ett flertal olika tillämpningar och syften.   Att utnyttja en tidseffektiv och enkel simuleringsmetod är en betydelsefull strategi och tid gentemot noggrannhet är en avvägning som designers alltid måste göra. I detta fall kommer en förenklad modelleringsprincip studeras där propellern representeras av en cylindrisk volym med samma diameter och proportioner som den faktiska propellern. Denna volym, kallad en aktuatordisk-volym implementeras med framdrivningskrafterna genom inmatning av lokala källtermer i modellen och överför på så vis rörelsemängd till fluiden. Arbetet har fokuserats på utveckling av denna simuleringsmodell och att utvärdera dess prestanda genom jämförelse mot en geometriskt mer komplex propellermodell.   Syftet med detta arbete är att undersöka resultat från en förenklad propellermodell med avseende på inducerat hastighetsfält för en propeller som verkar i ett homogent inflödesfält. Analys av den inducerade hastighetsprofilen är ett viktigt steg i designprocessen för propeller-roder-konfiguration och en beräkningseffektiv metod för att uppnå detta är mycket önskvärd.   Resultat från simuleringarna visar att modelleringsprincipen möjliggör enkel användning av olika propellertyper och förbättrar beräkningseffektiviteten med en tredjedel av tidsåtgången som krävs för den komplexa propellermodellen. Inducerade hastighetsprofiler visar även på relativt god överensstämmelse och modellen erbjuder användbara verktyg för att variera dess utseende. Fortsatt arbete bör övervägas för att optimera diskretiseringsmetod och på så vis även möjliggöra förbättring av lösningstiden, tillsammans med undersökning av icke-uniformt inflödesvillkor inspirerat av strömningen som skapas bakom en fartygskropp.