مطالعه عددی و تاثیر متقابل هیدرودینامیکی پروانه مغروق و سکان هیدروفویلی در شناورهای تجاری

بررسی اثر متقابل مجموعه پروانه-سکان، در طراحی سیستم رانش و همچنین طراحی سیستم هدایت شناورها، بسیار مهم است. محاسبه دقیق ویک بدنه و میانگین سرعت جریان ورودی پروانه، باعث می شود تا طراحی و انتخاب پارامترهای هندسی پروانه و سکان به درستی انجام پذیرد و نیرو های محوری و جانبی مورد نظر طراحان، به خوبی تامین شود. همچنین محاسبه دقیق اثر جریان خروجی پروانه بر روی سکان، باعث می شود تا طراحی مجموعه پروانه-سکان و محاسبه فاصله آنها به درستی انجام پذیرد و نیروی لیفت و درگ مورد نظر طراحان در حین زاویه گرفتن تیغه سکان و مانور شناور، به درستی تامین شود. در این مقاله سعی شده است به شبیه سازی و مطالعه عددی جریان هیدرودینامیکی حول پروانه و سکان پرداخته شود و تاثیر متقابل آنها برروی هم مورد بررسی قرار گیرد. نتایج حاصل از محاسبه ضرایب بی بعد، خطوط جریان و خطوط توزیع فشار بر روی پروانه- سکان، ارائه ‌شده است و در ضرایب پیشروی مختلف باهم مقایسه گردیده است. همچنین ضرایب هیدرودینامیکی سکان در شرایط مختلف و در زوایای صفر، 10، 20 و 30 درجه، با و بدون حضور پروانه بررسی و مقایسه شده اند. در همه حالات فوق بازده پروانه با افزایش ضریب پیشروی افزایش می یابد. در ضرایب پیشروی بالا، حضور سکان در مقابل پروانه 3درصد راندمان را افزایش می دهد و با افزایش زاویه سکان تا30 درجه، این اثر افزایش دو برابر می گردد(6درصد)، هرچند که در مجموع اثر حضور سکان در مقابل جریان القایی پروانه باعث افزایش درگ کلی و کاهش سرعت شناور می گردد. همچنین وجود سکان در ضرایب پیشروی بالا، به ترتیب تاثیر افزایشی حدود 9درصد و 5 درصد بر روی ضریب تراست و ضریب گشتاور پروانه دارد است و افزایش زاویه سکان مقابل آن نیز باعث می شود ضریب تراست و ضریب گشتاور به ترتیب 17 درصد و 9 درصد افزایش یابد. در حالت سکان-پروانه تا زاویه 10 درجه، افزایش ضریب پیشروی پروانه تاثیر محسوسی بر روی ضرایب لیفت و درگ سکان ندارد و در زوایای بالاتر، جریان القایی پروانه باعث افزایش 20درصدی نسبت لیفت به درگ سکان می شود. بررسی کانتورهای سرعت و فشار نیز در مسئله سکان-پروانه نشان می دهد به دلیل چرخشی بودن جریان ورودی و القایی به سکان، نمودار فشار در دو طرف مقطع سکان صفر درجه، یکسان نمی باشد. همچنین بررسی نمودار توزیع فشار در 5 درصدی انتهای لبه فرار، گرادیان شدید فشار را نشان می دهد که نتیجه جدایش جریان از فویل است.

Numerical Analysis and Hydrodynamic Interactions for Propeller-Rudder System in Commercial Bulk Carriers

Interaction of the propellerrudder system is important in design of propulsion system as well as maneuvering for all types of ships. This paper is presented to analyze the propellerrudder system using ANSYSFluent commercial software. The results of calculating the hydrodynamic dimensionless coefficients, streamlines and pressure distribution on the propellerrudder are presented and compared in different advance coefficients. Also, hydrodynamic coefficients of the propellerrudder have been studied and compared at various rudder angles of 0, 10, 20 and 30 degrees. In all cases, the efficiency increases with increasing the advance coefficient, however the torque and thrust coefficients decreases. So, in high advance coefficient, the existence of the rudder the efficiency increases by 3% and with increasing the angle of the rudder, this effect is double (6%). The existence of the rudder in the low advance coefficients, torque and thrust coefficients increases by 5% and 9% respectively. In high advance coefficients, the angle of the rudder is causes the torque coefficient and trusted coefficient to increase 17% and 9% respectively. In the existence of the rudderpropeller to angle of 10 [deg.] and without propeller to an angle of 20, the increasing of advance coefficient does not have significant effect on the lift and drag coefficients.