مدل سازی عددی دائم و غیر دائم عملکرد واترجت با توپی غیر استوانه ای شرایط غیر کاویتاسیونی و کاویتاسیونی با استفاده از روش حجم محدود

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مجتمع مکانیک،دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشجوی کارشناسی ارشد ;گروه دریا مجتمع مکانیک،دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

تئوری حاکم بر سیستم رانش واترجت ترکیبی از دانش مرتبط با پمپ و پروانه است. فشار در ناحیه مکش پروانه ها در سرعت های بالای دورانی کمتر از فشار اشباع می‌شود و در نتیجه کاویتاسیون به وجود می‌آید. اما سیستم رانش واترجت می‌تواند تا سرعت‌های دورانی بالاتری در برابر وقوع کاویتاسیون مقاومت کند. در این مقاله با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی پارامترهای گشتاور، بازده و هد در شرایط غیر کاویتاسیونی در حالت دایم و غیر دایم پیش بینی شده و با مقادیر آزمایشگاهی مقایسه شده است. همچنین در شرایط کاویتاسیونی جریان به صورت دوفازی مدل شده و با حالت غیر کاویتاسیونی مقایسه شده است. الگوی ایجاد کاویتاسیون بر روی روتور در شکل نشان داده شده و با حل عددی مقایسه شده است. سپس در ضریب جریان دیگری نقطه شکست رانش بدست آمد. همچنین مطالعه پارامتریک شامل بررسی نقش استاتور در خنثی سازی اثر گشتاور روتور انجام شده است. حل عددی با استفاده از شبکه ساختاریافته، دستگاه مرجع چرخان، دامنه پریودیک، به صورت دایم و غیر دایم و با استفاده از مدل توربولانسی SST انجام گردیده است.این پژوهش نشان می‌دهد که استاتور تا حد قابل توجهی گشتاور پیچشی روتور را خنثی می‌کند. همچنین تاثیر منفی کاویتاسیون بر عملکرد سیستم و نقش آن در کاهش راندمان به خوبی نشان داده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Steady and unsteady numerical modeling of performance of a waterjet with non-cylindrical hub in cavitation and non-cavitation conditions using the finite volume method

نویسندگان [English]

  • M. Rostami Varnousfaaderani 1
  • B Afshari 2
1 Marine Department, Faculty of Mechanical Engineeringt,Malek Ashtar University of Technology, Shahin-Shahr
2 Marine Department, Faculty of Mechanical Engineering,Malek Ashtar University of Technology, Shahin-Shahr
چکیده [English]

Waterjet Propulsion System theory is a combination of pump and propeller. The pressure in the leading edge and suction side of a propeller at high rotational speed will be less than the saturation pressure of liquid; therefore cavitation occurs. In this paper, using the computational fluids dynamics, torque, efficiency and head parameters are predicted in non-cavitation conditions in steady and unsteady state. The numerical results compared with experimental data. In cavitation condition, the flow is modeled in two phases. The pattern of cavitation formation on the rotor was also studied. Furthermore for another flow coefficient, thrust breakdown value is obtained. A parametric study was also performed to investigate the role of the stator in neutralizing the torque of rotor. The structured mesh and MRF were used in the finite volume numerical simulation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Waterjet with non-cylindrical hub
  • Hydrodynamic parameters
  • SST
  • Cavitation
  • unsteady State
1.       Chesnakas, C.J., et al., Performance evaluation of the ONR axial waterjet 2 (AxWJ-2). 2009, NAVAL SURFACE WARFARE CENTER CARDEROCK DIV BETHESDA MD TOTAL SHIP SYSTEMS ….

2.       Marquardt, M.W., Summary of Two Independent Performance Measurements of the ONR Axial Waterjet 2 (AxWJ-2). 2011, NAVAL SURFACE WARFARE CENTER CARDEROCK DIV BETHESDA MD.

3.       Lindau, J.W., et al., Modeling of cavitating flow through waterjet propulsors. International Journal of Rotating Machinery, 2012. 2012.

4.       Lu, L., G. Pan, and P.K. Sahoo, CFD prediction and simulation of a pumpjet propulsor. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 2016. 8(1): p. 110-116.

5.       Huang, D. and Z. Pan. Numerical analysis of head degrade law under cavitation condition of contra-rotating axial flow waterjet pump. in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. IOP Publishing.

6.       Chun, H., W. Park, and J. Jun. Experimental and cfd analysis for rotor-stator interaction of a water-jet pump. in Proc. 24th Symposium on Naval Hydrodynamics, Fukuoka, Japan. 2002.

7.       Brewton, S., S. Gowing, and J. Gorski. Performance predictions of a waterjet rotor and rotor/stator combination using rans calculations. in Proc. 26th Symposium on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy. 2006.

8.       Schroeder, S., S.-E. Kim, and H. Jasak. Toward predicting performance of an axial flow waterjet including the effects of cavitation and thrust breakdown. in First International Symposium on Marine Propulsors. 2009. Citeseer.

9.       Lindau, J.W., et al. Computation of cavitating flow through marine propulsors. in Proceedings of the 1st International Symposium on Marine Propulsors. 2009.

10.      Sun, H., Performance Prediction of Cavitating Propulsors Using a Viscous/Inviscid Interaction Method (UT-OE Report 08-2). 2008, PhD Thesis, Ocean Engineering Group, Department of Civil, Architectural, and Environmental Engineering, University of Texas at Austin, Austin.

11.      Sun, H. and S.A. Kinnas, Performance Prediction of Cavitating Propulsors Using a Viscous/Inviscid Interaction Method in SNAME Annual Meeting and Ship Production Symposium. 2008, PhD Thesis, Ocean Engineering Group, Department of Civil, Architectural, and Environmental Engineering, University of Texas at Austin, Austin: Houston, TX.

12.      Kinnas, S.A., et al., Steady and Unsteady Cavitating Performance Prediction of Ducted Propulsors, in The 22nd International Offshore (Ocean) and Polar Engineering Conference and Exhibition. 2012: Greece.

13.      Chang, S.-H., Numerical simulation of steady and unsteady cavitating flows inside water-jets. 2012.

14.      Somashekar, D. and D.H. Purushothama, Numerical Simulation of Cavitation Inception on Radial Flow Pump. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 2012. 1(5): p. 21-26.

15.      Park, W.-G., et al., Numerical flow and performance analysis of waterjet propulsion system. Ocean Engineering, 2005. 32(14): p. 1740-1761.

16.      Ansys, C., ANSYS CFX-solver theory guide. ANSYS CFX Release, 2009. 15317: p. 724-746.