The crucial contemporary problems of the computational methods for ship propulsor hydrodynamics

• Autorzy: Szantyr J. A.

Warianty tytułu

PL

Kluczowe współczesne problemy metod obliczeniowych hydrodynamiki pędników okrętowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the state-of-the-art review of the contemporary computational methods in ship propulsor hydrodynamies. pointing out the crucial problems on whiceh the international researcherscommunity attention iso or should be. focused. The review is based on papers presented at important international conferences within the last four years. At the beginning four basic categories of the computational fluid mechanics methods are briefly presented: traditionallifting line and lifting surface. Boundary Element Methods, Reynolds A veraged Navier Stokes Equations and Large Eddy Simulation or Direct Numerical Simulation methods. Then the problems with application of these methods to specific propulsor hydrodynarnic problems are discussed in greater detail. This presentation starts with the narrowly defined design procedures. Le. determination of propeller geometry fulfilling the required dynamic parameters: ship speed. propeller thrust and rpm with maximum efficiency. Then the computations of the complicated flow around a propeller of given geometry are presented, incuding the complicated cases of manoeuvring propellers or hydro-elastic effects. Subsequently the important problems of determination of propellergenerated vortex wakes and prediction of the different forms of cavitation and their hydrodynamic consequences are discussed. A separate section is devoted to unconventional propulsors. concentrating on the most important: pod propulsors and waterjets. The paper ends with a summary pointing out the directions for future research and applications of computational methods in propulsor hydrodynamics.

PL

Referat przedstawia przegląd aktualnego stanu współczesnych metod obliczeniowych używanych w hydromechanice pędników okrętowych, wskazując na kluczowe problemy, na których uwaga międzynarodowej społeczności badaczy jest, lub powinna być, skoncentrowana. Przegląd jest oparty na referatach wygłoszonych na ważnych konferencjach międzynarodowych w ciągu ostatnich czterech lat. Na wstępie pokrótce przedstawiono cztery podstawowe kategorie metod obliczeniowych mechaniki płynów: tradycyjne metody linii i powierzchni nośnej, metody elementów brzegowych (BEM), metody uśrednionych przez Reynoldsa równań Naviera-Stokesa (RANSE) oraz metody numerycznego symulowania koherentnych struktur wirowych (LES) i bezpośredniego numerycznego rozwiązania równań Naviera-Stokesa (DNS). Następnie problematyka zastosowania tych metod do specyficznych problemów hydromechaniki pędników okrętowych jest przedstawiona bardziej szczegółowo. Ta prezentacja rozpoczyna się od wąsko zdefiniowanego zadania projektowego, czyli określenia geometrii śruby napędowej spełniającej zadane parametry dynamiczne: prędkość statku oraz napór i obroty śruby. Potem przedstawiono problemy wyznaczania skomplikowanego opływu śruby okrętowej o zadanej geometrii, również w trakcie manewrowania lub z udziałem zjawiska hydroelastyczności. Następnie przedyskutowano problem określania generowanych przez pędniki śladów wirowych oraz przewidywania różnych form zjawisk kawitacyjnych i ich hydrodynamicznych konsekwencji. Oddzielna część referatu jest poświęcona pędnikom niekonwencjonalnym, koncentrując się na dwóch najważniejszych: pędnikach gondolowych i pędnikach strugowodnych. Referat kończy podsumowanie wskazujące kierunki przyszłych badań i zastosowań metod obliczeniowych w hydromechanice pędników okrętowych.

Słowa kluczowe

EN

ship propulsors; hydrodynamics; computational methods

PL

pędniki okrętowe; okrętownictwo; hydrodynamika pędników okrętowych; metody obliczeniowe

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 8, no 1
• Strony: 71--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Szantyr J. A.

• Gdańsk University of Teehnology. ul. Narutowicza 11/12. 80-958 Gdańsk

Bibliografia

• [1] Carlton J.: Marine Propellers and Propulsion, Butterwoths&Heinemann, London, 1995.
• [2] Dymarski P. Calculation of the viscous flow around a foil and a propeller using finite volume method, Ph D. Thesis (in Polish), Gdańsk University of Technology, 2007.
• [3] Ferziger J.H., Peric M.: Computational methods for fluid dynamics, Springer, 1999.
• [4] Lee C.S., Kim G.D., Kerwin J.E.: A B-Spline based higher order panel method for analysis of steady flow around marine propeller, 25th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Newfoundland, Canada, 8-13 August, 2004.
• [5] Lee C.S. et al: Propeller steady performance optimisation based on discrete vortex method, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [6] Han K.J., Larsson L., Rengstroem B.: Numerical optimisation of the propeller behind a ship hull at full scale, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [7] Li D.Q., Berchiche N., Janson C.E.: Influence of turbulence model on the prediction of full scale propeller open water characteristics with RANS methods, 26th ONR Symp. On Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [8] Sanchez Caja A., Sipla T.P, Pylkkanen J.V.: Simulation of the incompressible viscous flow around an endplate propeller using a RANSE solver, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [9] Jessup S., Fry D., Donelly M.: Unsteady propeller performance in crashback condition with and without a duct, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [10] Vysohlid M., Mahesh K.: Large eddy simulation of crashback in marine propellers, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [11] Young Y.L. et al: Numerical and experimental investigation of composite marine propellers, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [12] Greco L., Salvatore F., Di Felice F.: Validation of a quasi-potential flow model for the analysis of marine propeller wake, 25th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Newfoundland, Canada, 8-13 August, 2004.
• [13] Abdel-Maksoud M., Helkig K., Blaurock J.: Numerical and experimental investigation of the hub vortex flow of a marine propeller, 25th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Newfoundland, Canada, 8-13 August, 2004.
• [14] Kim S.E., Rhee S.H.: Towards high fidelity prediction of tip vortex around lifting surfaces, 25th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Newfoundland, Canada, 8-13 August, 2004.
• [15] Bensow R.E., Lieferdahl M., Wikstroem N.: Propeller near wake analysis using LES with a rotating mesh, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [16] Turnock S.R., Pashias C., Rogers E.: Flow feature identification for capture of propeller tip vortex evolution, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [17] van Terwisga T.: Cavitation research on ship propellers - A review of outstanding problems and research strategies, CAV'06 Intern. Conf. on Cavitation, Wageningen, The Netherlands, September, 2006.
• [18] Chahine G.L.: Nuclei effects on cavitation inception and noise, 25th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Newfoundland, Canada, 8-13 August, 2004.
• [19] Hsiao C.T., Join A., Chahine G.L.: Effect of gas diffusion on bubble entrainment and dynamics around a propeller, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [20] Persson T. et al: Large eddy simulation of the cavitating flow around a wing section, CAV'06 Intern. Conf. on Cavitation, Wageningen, The Netherlands, September, 2006.
• [21] Vaz G., Bosschen J.: Modelling 3D sheet cavitation on marine propellers using BEM , CAV'06 Intern. Conf. on Cavitation, Wageningen, The Netherlands, September, 2006.
• [22] Wosnik M., Arndt R.E.A.: Identification of large eddy structures in the wake of cavitating hydrofoils using LES and time resolved PIV, CAV'06 Intern. Conf. on Cavitation, Wageningen, The Netherlands, September, 2006.
• [23] Xiong Y.L., Gao Y., An W.G.: Comparison of turbulence models in predicting unsteady supercavitating flows, CAV'06 Intern. Conf. on Cavitation, Wageningen, The Netherlands, September, 2006.
• [24] Sanchez-Caja A. et al.: Simulation of incompressible viscous flow around a tractor thruster in model and full scale, 8th Intern. Conf. On Num. Ship Hydrodynamics, Busan, Korea, 22-25 September, 2003.
• [25] Brewton S., Gowing S., Gorski J.: Performance prediction of a waterjet rotor and R/S combination using RANS calculation, 26th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics, Rome, Italy, 17-22 September, 2006.
• [26] Ebert M.P., Gorski J.J., Coleman R.M.: Viscous flow calculation of waterjet propelled ships, 8th Intern. Conf. On Num. Ship Hydrodynamics, Busan, Korea, 22-25 September, 2003.