On the influence of the grid on propeller RANS predictions

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2004
Major/Subject
Laivanrakennusoppi
Mcode
Kul-24
Degree programme
Language
fi
Pages
81
Series
Abstract
The purpose of this thesis was to investigate the influence of different grid topologies on the quality of the propeller flow predictions using RANS solver FINFLO. Especially attention was paid to the flow in the vicinity of the propeller leading edge and in the tip region. One of the propellers was also analysed with lifting line and lifting surface methods and the results were compared to RANS predictions. Three different propellers were analysed in the open water situations. H-H, H-C and O-O topologies were used for the conventional and highly skewed propellers. For the end plate propeller a grid with H-H topology was made only. The H-H topology was easiest to make but the quality of the grid was poor at the edges of the blades. No attempts were made to improve the quality of this grid, since the main purpose of this thesis was to seek grid topologies better adapted to model leading edge and tip flow. H-C topology resulted in an improved quality of the grid at the leading edge region but resolution at the tip region was not sufficient. O-O topology allowed modelling both leading edge and tip with good grid quality. It was possible to concentrate a lot of cells at the blades neighbourhood. Also the areas that were far away from the propeller could be modelled with fewer cells. That is the reason why O-O grid needed least cells. However, the O-O topology was the most difficult to create. Improving the quality of the grid at the areas at the edge of the blades affected the accuracy of the torque coefficient prediction mainly. This resulted also in an improvement of the efficiency prediction. Also the clip plane figures of the pressure distribution and velocity components located at the leading edge and tip areas were strongly depended on the quality of the grid at those areas. An O-O topology was found to be most suitable to model the flow around propeller. FINFLO was able to predict the open water coefficients of the tip plated propeller surprisingly well even though there was large areas of separated flow around that propeller. The separated areas could be seen from the clip planes clearly.

Työn tarkoituksena oli vertailla erilaisten laskentaverkkojen topologioiden vaikutusta FINFLO-nimisen RANS-ratkaisijan potkurivirtauksen tuloksiin. Erityisesti oli tarkoitus kiinnittää huomiota hilan laatuun potkurin johtoreunalla ja kärjessä. Lisäksi yhtä työssä laskettua potkuria analysoitiin myös kantoviiva- ja kantopintamenetelmällä ja tuloksia vertailtiin RANS-ratkaisuun. Työssä analysoitiin kolmea erilaista potkuria avovesitilanteessa. Tavanomaiselle ja voimakkaasti kierretylle potkurille tehtiin hilat H-H-, H-C- ja O-O-topologioilla. Kärkilevypotkurille tehtiin ainoastaan H-H-hila. H-H-hila on helpoin tehdä, mutta lavan reunoille muodostuu huonon muotoisia koppeja. Koska työn tärkeimpänä tavoitteena oli tutkia topologioita, jotka paremmin pystyvät kuvaamaan potkurin reunojen virtauksen, ei tämän hilan laatua pyritty parantamaan. H-C-hilalla johtoreunalle saadaan hyvän muotoisia koppeja, mutta kärjen alueelle tulee yhä harva hila. O-O-topologialla saadaan potkurin reunoille hyvän muotoinen hila. Talla topologialla saatiin eniten koppeja potkurin läheisyyteen ja virtaus kauempana potkurista oli mahdollista mallintaa pienemmällä määrällä laskentatilavuuksia. Tästä syystä koko verkkoon tuli O-O-topologialla vähiten koppeja. O-O-topologia on kuitenkin työssä käytetyistä topologioista vaikein tehdä. Hilan laadun parantaminen potkurin reunoilla vaikutti eniten momenttikertoimen tarkkuuteen. Kun momenttikertoimen virhe pieneni, saatiin myös laskettu hyötysuhde lähemmäs mallikokeissa mitattua. Myös potkurin johtoreunalle ja kärkeen sijoitettuihin leikkauspintoihin piirrettyjen paine- ja virtausnopeuskomponenttien kuvat olivat voimakkaasti riippuvia hilan laadusta näillä alueilla. O-O-topologinen verkko on tämän työn perusteella sopivin potkurivirtauksen mallintamiseen. FINFLOlla saatiin laskettua yllättävän tarkasti myös kärkilevypotkurin avovesikertoimet, vaikka potkurissa ilmenikin laajoilla alueilla virtauksen irtaantumista. Työssä saatiin kuvattua selkeästi irtaantuneen virtauksen alueet.
Description
Supervisor
Matusiak, Jerzy
Thesis advisor
Sánchez-Caja, Antonio
Keywords
Other note
Citation