computational fluid dynamics
در نشریات گروه مهندسی دریا-
With the increase in construction in the sea, the use of protective structures to prevent their instability in the marine environment is of environmental concern. Coastal protection structures are used in marine structural engineering to reduce flow turbulence around marine structures to prevent scouring. In this research, the flow simulation around breakwaters constructed in the Dehnehsar Sefidroud area located in Guilan province was investigated using computational fluid dynamics and Fluent software. By constructing the breakwater structure, the speed between the breakwaters is reduced and conditions for sediment accumulation are provided. Also, the negative pressure on the west side of the western breakwater is reduced and reaches a positive value, changing from erosion potential to sedimentation potential. There is negative pressure in a part of the western tip of the breakwater, which will cause local scouring and needs protection. The results of the 2D and 3D models of isovelocity vectors with the installation of breakwaters of 90, 94 and 55 meters in length on the shore of the mouth of the Sefidrud River show that the velocity in the space between the 90, 94 and 55 meter breakwaters decreases, reducing the risk of scouring and allowing sediments that move west to east on the shore to accumulate. Also, the results of isovelocity vectors and contours show that with the installation of breakwaters implemented on the shore of the mouth of the Sefidrud River, the pressure in the space between the 94 and 55 meter breakwaters decreases, reducing the risk of scouring.
Keywords: Groyne, Flow Pattern, Erosion, Computational Fluid Dynamics, Sefidroud Mouth -
در مطالعه حاضر یک گلایدر با بدنه ی استوانه ای، فرم انتهایی مخروطی، دماغه های قابل تعویض کروی، مخروطی و بیضوی و نیز باله هایی از نوع ایرفویل NACA0009 مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا در قالب یک مطالعه ی تجربی، ضرایب هیدرودینامیکی درگ و لیفت و نیز گشتاورهای وارد بر گلایدر در حوضچه ی کشش مورد بررسی قرار گرفته، سپس با تعریف سرعت پرتاب، زاویه حمله و زاویه ی باله ها به عنوان متغیرهای اصلی، در قالب یک مطالعه ی تئوری، ضمن ارزیابی دینامیک حرکت، شرایط بهینه ی عملکردی گلایدر با استفاده از روش بهینه سازی فرا ابتکاری مورد ارزیابی قرار گرفت. در مطالعه ی تجربی، پس از ارزیابی عدم قطعیت و اطمینان از عملکرد سامانه ی اندازه گیری، نتایج در بازه ی تغییرات هر یک از پارامترها استخراج شدند. پس از پردازش نهایی داده های تجربی، ابتدا نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر گلایدر به دست آمده، سپس مقادیر ضرایب درگ، لیفت و گشتاور برحسب زاویه های باله در سرعت ها و زوایای حمله ی مختلف محاسبه شده است. در مقایسه با دماغه ی کروی، با ارزیابی عملکرد دماغه ها در بازه ی سرعت 2/0 تا 1 متر بر ثانیه و زوایای حمله 15- تا 15+، نسبت لیفت به درگ دماغه بیضوی از 2 تا 18 درصد و دماغه مخروطی از 5 تا 20 درصد افزایش یافته است. تحلیل های دینامیکی نشان می دهند که گلایدر با دماغه مخروطی، بیشترین پیشروی را در راستای افقی داراست و کمترین پیشروی هم مربوط به گلایدر با دماغه بیضوی می باشد. این روند در بیشترین عمق عملیاتی نیز مشهود است؛ به گونه ای که بیشترین عمق عملیاتی مربوط به گلایدر با نصب دماغه بیضوی و کمترین عمق عملیاتی مربوط به گلایدر با دماغه کروی می باشد؛ درنهایت مشخص شد، میزان کارآیی گلایدر با نصب دماغه مخروطی در مقایسه با دماغه های دیگر بیشتر است.کلید واژگان: گلایدر دریایی، دماغه متغیر، تست کشش، ضرایب هیدرودینامیکی، تحلیل عدم قطعیتThe main aims of this study are to investigate the hydrodynamic performance of an autonomous underwater vehicle (AUV), calculate its hydrodynamic coefficients, and consider the flow characteristics of underwater bodies. In addition, three important parts of the SUBOFF bare hull, namely the main body, nose, and tail, are modified and redesigned to improve its hydrodynamic performance. A three-dimensional (3D) simulation is carried out using the computational fluid dynamics (CFD) method. To simulate turbulence, the k–ω shear stress transport (SST) model is employed, due to its good prediction capability at reasonable computational cost. Considering the effects of the length-to-diameter ratio (LTDR) and the nose and tail shapes on the hydrodynamic coefficients, it is concluded that a hull shape with bullet nose and sharp tail with LTDR equal to 7.14 performs better than the SUBOFF model.Keywords: Autonomous Underwater Vehicle, Computational Fluid Dynamics, Hydrodynamic Performance, Drag, Hull Shape
-
در این مطالعه مقاومت کل و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی رفتار هیدرودینامیکی یک شناور بدون سرنشین دو بدنه ای به روش عددی (دینامیک سیالات محاسباتی) با استفاده از نرم افزار استار-سی سی ام+ و روش تجربی (تست حوضچه کشش) در حوضچه کشش کوثر مورد بررسی قرار گرفته است. تست شناور در دو تناژ و چهار سرعت مختلف انجام شده است. مقایسه نتایج حاصل از هر دو روش بیانگر تطابق مطلوب بین نتایج تحلیل تجربی و عددی می باشد و در نهایت مشخص شد که افزایش وزن شناور تا مقدار بیشینه ی خود در سرعت عملیاتی، تنها افزایش %17 مقاومت کل را به همراه خواهد داشت. همچنین در انجام آزمایش ها مشخص شد که علیرغم طراحی شناور برای سرعت های عملیاتی پایین، امکان دستیابی به سرعت های سرشی و یا بالاتر نیز وجود دارد، اما بدلیل عدم تولید نیروی برآی هیدرودینامیکی مناسب در سرعت های بالا، مقاومت هیدرودینامیکی به شدت افزایش خواهد یافت. افزایش وزن مدل به میزان 4 کیلوگرم باعث افزایش زاویه پیچ تا %9، بیشینه فشار وارد بر بدنه تا %12 و دامنه ی موج نزدیک بدنه تا %9 خواهد شد.
کلید واژگان: شناور چند بدنه ای بدون سرنشین، حوضچه کشش، دینامیک سیالات محاسباتی، مقاومت هیدرودینامیکی، استار-سی سی ام+In this study, the total resistance and effects of different parameters on the hydrodynamic behavior of a twin-hull unmanned surface vessel have been investigated using the numerical method (CFD) using STAR-CCM+ and the experimental method (towing tank test) in Kowsar towing tank (KTT). Hull has been tested in two tonnages and at four different speeds. The comparison of the results of both methods shows an eligible match between the results of experimental and numerical analysis. Finally, it was found that vessel weight increasing to its maximum value at the operating speed will only increase the total resistance by 17%. Also, during the experiments, it was found that despite the vessel's design for low operating speeds, it is possible to achieve planning speeds or higher. Still, due to a lack of hydrodynamic lift generation at high speeds, hydrodynamic resistance will increase significantly. An increase of 4 kg in hull mass will increase the pitch angle up to 9%, the maximum pressure on the body up to 12%, and the wave height near the body up to 9%.
Keywords: Unmanned multi-hull surface vessel (USV), Towing tank, Computational fluid dynamics, Hydrodynamic Resistance, STAR-CCM+ -
روش های متنوعی جهت کاهش درگ و در نتیجه افزایش سرعت مطلوب شناور به کار گرفته می شود. استفاده از هیدروفویل یکی از روش های موثر برای کاهش مقاومت فشاری و اصطکاکی شناخته می شود. هدف پژوهش حاضر، بررسی عددی عملکرد هیدرودینامیکی هیدروفویل های متقارن و نامتقارن بصورت سه بعدی و مقایسه عملکرد آنها با نتایج دو بعدی میباشد. در نتیجه این تحقیق، انتخاب مناسب هیدروفویل برای استفاده در یک شناور، میسر می گردد. شبیه سازی های در نظر گرفته شده توسط نرم افزار Ansys-CFX انجام می گیرد. معادلات حل جریان سیال به صورت RANSE بوده و جریان با فرض اغتشاش به روش k-ε در نظر گرفته شده است. نتایج عددی حاصل از مدلسازی انجام گرفته با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردیده و معتبرسازی میشود. محاسبات در نظر گرفته شده در سرعتها و زوایای مخلتف مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل نشان می دهند در شرایط عملکردی مختلف، مقادیر نیروهای هیدرودینامیکی لیفت و درگ هیدروفویل متفاوت است. در تمامی حالات شبیه سازی، مشاهده میشود که مقادیر لیفت و درگ دوبعدی بیشتر از حالت سه بعدی می باشد. لیکن نسبت لیفت به درگ که شاخص اصلی عملکرد هیدرودینامیکی هیدروفویل به حساب می آید، در حالت سه بعدی و در تمامی هیدروفویلها از حالت دوبعدی بیشتر است. علاوه براین، نتایج نشان می دهند که در زاویه حمله 6/1 الی 2 درجه، نسبت لیفت به درگ دارای یک قله به مقدار L/D=20 میباشد.کلید واژگان: عملکرد هیدرودینامیکی، تحلیل سه بعدی، نسبت لیفت به درگ، هیدروفویل متقارن، هیدروفویل نامتقارنVarious methods are generally applied for drag reduction in vessels which yields the desirable increase in speed. Application of hydrofoil is recognized to be one of the effective methods for reducing the pressure as well as fricitional drag. The aim of the present research is to numerically investigate the hydrodynamic performance of symmetric and nonsymmeteric hydrofoils in three-dimensional form and to compare their performance with the two-dimensioanl results. The result of the current research leads to proper choice for hydrofoil installation on a vessel. The intended simulations are conducted by Ansys-CFX software and RANS equations are solved considering the k-ε turbulent scheme. The numerical result emanationg from the conducted simulations are validated by available experimental data. The targeted computations are performed at various speeds and angles of attack. The obtained results indicate that in different operational conditions, hydrodynamic forces of lift and drag of hydrofoils are different. In all simulation cases, it is observed that lift and drag coefficients of two-dimensional studies are larger than those in three-dimensional studies. However, lift to drag ratio which is considered as the main hydrodynamic performance of hydrofoils, is larger in three-dimensional cases than two-dimensional condition. Furthermore, results indicate that at angle of attack of 1.6 to 2.0 degrees, the lift to drag ration possess a peak of L/D=20.Keywords: Hyddrodynamic performance, Three-dimensional study, Lift to drag ratio, Symmetric hydrofoil, Non-symmetric hydrofoil, Computational fluid dynamics
-
گسترش روزافزون تفریحات دریایی با استفاده از وسایل و تجهیزات تفریحی آبی یکی از زمینه های مهم مورد توجه صنعت دریایی می باشد. بهینه سازی و ارتقا سیستم رانش مناسب برای این نوع دستگاه های دریایی از مهم ترین فاکتورهای بروزرسانی و نوآوری به شمار می رود که منجر به تقویت اقتصاد دریا و خدمات مهندسی مربوطه می گردد. تخته موج سواری موتوری یا به اصطلاح جت سرف یکی از این وسایل می باشد. واترجت مهم ترین قسمت سیستم پیشرانش جت سرف می باشد. در مورد طراحی و تحلیل سیستم واتر جت تحقیقات محدودی انجام گرفته است. در این پژوهش به مدل سازی و طراحی بهینه روتور و استاتور سیستم واترجت مربوط به پیشرانش تخته موج سواری موتوری پرداخته می شود. با توجه به محدودیت های انتخاب موتور، سرعت دورانی و شرایط طراحی موتور، روتور و استاتور مناسب سیستم واترجت انتخاب شد. همچنین شکل و ابعاد مناسب کانال ورودی سیستم در دور 4000 مدل سازی شد. مدل مربوطه مورد تست قرار گرفت و نتایج بهینه سازی منجر به ماکزیمم راندمان عملکردی جت سرف برای طراحی انتخاب گردید. نتایج و تحلیل آن ها نشان می دهد که در روتور 8 پره و استاتور 10 پره در 3500 دور بر دقیقه مقدار نیروی تراست بیشتری تولید می شود ولی در روتور 6 پره و استاتور 8 پره به گشتاور کمتری نیاز است. همچنین با استفاده از نمودار تراست به دست آمده برای سیستم مشخص گردید که نسبت ضریب تراست بر دور روتور برای این واترجت طراحی شده حدودا 15می باشد و بازدهی کل سیستم 54 درصد به دست آمد.
کلید واژگان: جتسرف، واترجت، تفریحات دریایی، نوآوری، دینامیک سیالات محاسباتیThe ever-increasing expansion of marine recreation using water recreational equipment is one of the important fields of attention in the marine industry. Optimizing and upgrading the appropriate propulsion system for this type of marine device is one of the most important factors of updating and innovation, which leads to the strengthening of the marine economy and related engineering services. Motorized surfboard or so-called jet surf is one of these devices. The water jet is the most important part of the jet surf propulsion system. Limited research has been done on the design and analysis of the water jet system. In this research, the modeling and optimal design of the rotor and stator of the waterjet system related to the propulsion of the motorized surfboard are discussed. According to the limitations of engine selection, rotational speed, and engine design conditions, the appropriate rotor and stator were selected for the waterjet system. Also, the appropriate shape and dimensions of the system inlet channel were modeled in 4000 rounds. The relevant model was tested and the optimization results led to the maximum functional efficiency of Jet Surf being selected for the design. Their results and analysis show that in the 8-blade rotor and 10-blade stator, more thrust force is produced at 3500 rpm, but less torque is needed in the 6-blade rotor and 8-blade stator. Also, by using the trust diagram obtained for the system, it was determined that the ratio of the trust factor to the rotor revolution for this designed waterjet is about 15 and the efficiency of the whole system was 54%.
Keywords: Jetsurf, Waterjet, Marine Recreation, Innovation, Computational fluid dynamics -
Marine Technology, Volume:10 Issue: 2, 2023, PP 111 -120AUVs are the most suitable tool for conduction survey concerning with global environmental problems. AUVs maneuverability should be carefully checked so as to improve energy efficiency of the vehicle and avoid unexpected motion. Also, Computational Fluid Dynamics (CFD) has progressed rapidly in the past fifty years. It has been used in many industrial fields such as air and space and marine engineering. With the use of CFD, the simulation of fluid behavior would be possible while allocating less cost and time. CFD is used on the basis of Reynolds Averaged Navier–Stokes (RANS) equations for the calculation of hydrodynamic coefficients which are needed in the maneuverability study of underwater vehicles (UWV). The simulation of the resistance tests up to 20 degrees of yaw angle was conducted for an Autonomous underwater vehicles. Simulations are performed for bare hull and hull equipped with three different hydroplanes. Following the extracting numerical results a mathematical model is developed to calculate hydrodynamic force for different sail type in order to predict autonomous underwater vehicle (AUV) maneuverability. The results shows good agreement between theory and experiment. These predictions indicated that there was a non-linear relationship between forces and moments, and the lateral speed. Moreover, non-linear hydrodynamic coefficients were calculated in addition to linear ones.Keywords: Computational fluid dynamics, Linear coefficients, Underwater Vehicle
-
نشریه مهندسی دریا، پیاپی 38 (بهار 1402)، صص 28 -37
این مطالعه به مدل سازی عددی ورود به آب متقارن مقاطع تونل دار می پردازد. در این مطالعه، ابتدا مسیله ورود به آب مقطع گوه ای بدون تونل در چهار زاویه خیز کف متفاوت به صورت عددی مدل سازی شده است. نتایج به دست آمده مربوط به توزیع فشار بر روی این مقاطع و ماکزیمم فشار، با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. در گام بعد، به شبیه سازی عددی مسیله ورود به آب مقطع تونل دار پرداخته شده است. بدین منظور، با اضافه کردن تونل به مقطع گوه ای ساده، مقطع تونل دار ایجاد شد. درنهایت اثرات تغییر زاویه خیز کف در مقاطع تونل دار و همچنین تغییر شعاع مقطع تونل مدل سازی شده است. در این مطالعه، از معادلات ناویر-استوکس لزج (N-S) برای شبیه سازی جریان آب در اطراف مدل و همچنین از روش حجم سیال (VOF) برای مدل سازی سطح آزاد استفاده شده است. نتایج تغییرات فشار و ماکزیمم فشار در سه ناحیه مختلف مقطع تونل دار به دست آمده است. این سه ناحیه شامل قسمت قبل از تونل، در ناحیه تونل و ناحیه بعد از تونل است. نتایج حاصل از این پژوهش، نشان دهنده وقوع تغییرات فشاری شدیدی در ناحیه تونل است. همچنین با افزایش شعاع تونل، مشاهده شد که مقدار فشار روی مقطع نیز افزوده می شود. از نتایج این مطالعه می توان در تحلیل هیدرودینامیکی شناورهای تونل دار استفاده کرد.
کلید واژگان: تئوری دو و نیم بعدی، دینامیک سیالات محاسباتی، شناورهای تندرو، ورود به آب، مقطع تونل دارThis study deals with the numerical modeling of symmetrical water entry of tunneled sections. In this study, firstly, the water entry problem of a wedge section without tunnel in four different deadrise angles was numerically modeled. The obtained results related to the pressure distribution on these sections and the maximum pressure have been compared with the experiment results. In the next step, the numerical simulation of the water entry problem with the tunnel section has been done. For this purpose, a tunneled section was created by adding a tunnel to a simple wedge section. Finally, the effects of changing the deadrise angle and also changing the radius of the tunnel section have been modeled. In this study, the viscous Navier-Stokes (N-S) equations are used to simulate water flow around the section and also a Volume of Fluid (VOF)-type method, is employed to capture the free surface. The results of pressure changes and maximum pressure in three different areas of the tunnel section have been obtained. These three areas include the area before the tunnel, in the tunnel area and the area after the tunnel. The results of this research indicate the occurrence of severe pressure changes in the tunnel area. Also, with the increase of the radius of the tunnel, it was observed that the amount of pressure on the section also increases. The results of this study can be used in the hydrodynamic analysis of tunneled vessels.
Keywords: Tunnel section, 2D+T theory, Computational fluid dynamics, High speed craft, Water entry -
استفاده از پله در کف شناور، از عوامل موثر در کاهش مقاومت و افزایش پایداری در شناورهای تندرو سرشی می باشد. وجود پله در کف این نوع شناورها باعث ایجاد یک جدایش در جریان می شود و همین موضوع باعث کاهش سطح خیس بر روی شناور و در نتیجه کاهش نیروی پسا بر روی بدنه و همچنین کاهش تریم دینامیکی می گردد. در این مطالعه با ایجاد تغییرات در سه پارامتر ورودی یک فضای طراحی ایجاد گردید. پارامتر های ورودی شامل سرعت خطی شناور، فاصله پله از پاشنه شناور و تغییر ارتفاع پله در عرض شناور می باشد. مطالعات حاضر با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی همراه شده با روش سطح پاسخ مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی توسط نرم افزار STAR CCM صورت پذیرفت. همچنین از روش طراحی آزمایش ها و روش باکس بنکن برای انتخاب نمونه ها و از مدل کریگینگ برای فرآیند سطح پاسخ استفاده گردید. همچنین از الگوریتم ژنتیک و روش غربالگری برای پیدا کردن نقاط بهینه استفاده شد. پارامترهای خروجی مورد بررسی شامل نیروی پسا و برا وارد بر بدنه شناور و تریم کلی شناور می باشد. نتایج آنالیز حساسیت بر روی پارامترهای ورودی نشان می دهد که سرعت شناور تاثیرگذارترین پارامتر بر روی مقادیر پارامترهای خروجی است.
کلید واژگان: شناور سرشی، هیدرودینامیک، پله عرضی، نیروی پسا، دینامیک سیالات محاسباتیThe use of step at the bottom of the hull is one of the effective factors in reducing the resistance and increasing the stability of the Planning hull. The presence of step at the bottom of this type of hulls creates a separation in the flow, which reduces the wet surface on the hull, thus reducing the drag on the body, as well as reducing the dynamic trim. In this study, a design space was created by making changes to the three input parameters. Input parameters include the linear speed of the hull, the distance from the step from the transom and the change in the step height across the hull. The present study was carried out using the Computational Fluid Dynamics (CFD) coupled with Response Surface Method (RSM). The Computational Fluid Dynamics simulation was done by StarCCM+ software. The design of experiments and the Box–Behnken design method were used to select samples and the Kriging model for the Response Surface Method was used. Genetic Algorithm and screening method were also used to find optimal points. Output parameters include Drag and Lift force on the hull, the total hull trim. The results of the sensitivity analysis on the input parameters show that the hulling speed is the most influential parameter on the value of the output parameter.
Keywords: Planning hull, hydrodynamic, Drag force, Step, computational fluid dynamics -
در مقاله حاضر به بررسی جریان آشفته در پروانه مدل 4381 تحت جریان ویک سینوسی پرداخته شده است. تحلیل عددی جریان با روش حجم محدود بوده، که در آن ابتدا شبیه سازی های عددی جریان سیال در اطراف پروانه بررسی و منحنی های مشخصه عملکرد هیدرودینامیکی پروانه در شرایط آب آزاد برای ضرایب پیشروی مختلف رسم شده است که درصد خطا، حداکثر و حداقل به ترتیب برای ضریب تراست 2 درصد و 4/1درصد و برای ضریب گشتاور پروانه 1/7درصد و 7/4 درصد می باشد. در نتایج بدست آمده برای جریان ویک سینوسی میزان تغییرات ضریب تراست در ضرایب پیشروی 6/0 و 8/0 به ترتیب 04/2درصد و 75/3درصد و نیز میزان تغییرات ضریب گشتاور برای ضرایب پیشروی 6/0 و 8/0 به ترتیب 15/7 درصد و 79/1 درصد می باشد. نتایج نشان می دهند که جریان ویک سینوسی سبب افزایش طول و عرض گردابه تولید شده در قسمت هاب شده و همچنین کاهش میزان سرعت و فشار در ناحیه دورتر از دیسک پروانه نسبت به حالت جریان آب آزاد را سبب می شود که این خود می تواند برروی کاهش نیروی تراست تولیدی توسط پروانه موثر باشد.
کلید واژگان: جریان آشفته، دینامیک سیالات محاسباتی، آب آزاد، ضریب پیشروی، ویک سینوسیIn the present paper, the turbulent flow around the propeller model 4381 under the sinusoidal flow wake is investigated. Numerical analysis is performed by finite volume method, which first performs numerical simulations of fluid flow around the propeller, and characteristic curves of the hydrodynamic performance of the propeller under open water conditions for different progress coefficients. For the extracted data, validation was performed with experimental values, the maximum and minimum error percentages being 2% and 1.4% for the thrust coefficient and for the propeller torque coefficient of 7.1% and 4.7%, respectively. In the results obtained for sinusoidal flow wake, the rate of change of the thrust coefficient in the progress coefficients of 0.6 and 0.8, respectively, 2.04% and 3.75% and also the rate of change of the torque coefficient for the progress coefficients of 0.6 and 0.8, respectively 15 It is 7.7% and 1.79%. The results show that the sinusoidal flow wake increases the length and width of the vortex produced in the hub and also reduces the velocity and pressure in the area farther from the propeller disc than the free water flow mode, which in turn It can be effective in reducing the thrust force produced by the propeller.
Keywords: Turbulent flow, Computational fluid dynamics, open water, Progress coefficient, sinusoidal flow wake -
یکی از دیدگاه های مهم در طراحی یک سازه شناور، ارتعاشات سازه و تاثیر آن بر آرامش خدمه و عمر تجهیزات است. مهم ترین عامل در ارتباط با آرامش خدمه در یک شناور، دامنه ارتعاشات آزاد و اجباری تحت عوامل مختلف داخلی و خارجی در سازه شناور است. یکی از مهم ترین عوامل تحریک ارتعاشات در بدنه شناور، پروانه شناور است. ارتعاشات زیاد و همچنین قرارگیری سازه در محدوده فرکانس تحریک پروانه باعث خستگی، فرسودگی قطعات و همچنین پدیده تشدید می شود. پدید تشدید و ارتعاشات اجزا از چالش های طراحی سازه است؛ بنابراین در این مقاله ارتعاشات ناشی از تحریک پروانه پنج پره KP505 با استفاده از تحلیل عددی بر روی شناور کانتینربر (KCS) بررسی شده است. ابتدا به بررسی ارتعاشات آزاد بدنه شناور در حالت خیس پرداخته شده است. سپس جهت بررسی ارتعاشات اجباری ناشی از تحریک پروانه، توزیع فشار روی بدنه در حالت خودرانش از حل عددی جریان سیال به وسیله دینامیک سیالات محاسباتی به دست آمد. برای صحت سنجی نتایج، فرکانس های طبیعی به دست آمده در ارتعاشات آزاد با فرمول های تجربی مقایسه شده است. با مقایسه مقادیر فرکانس اول، دوم و سوم خمشی با مقادیر تجربی، خطای تحلیل به ترتیب 5.5، 26 و 26.6 بدست آمد که نشان از دقت و درستی تحلیل ها دارد. از مقایسه نتایج حاصل از ارتعاشات اجباری با محدوده مجاز استاندارد، نشان داده شد که ارتعاشات در محدوده مجاز قرار گرفته است. همچنین سازه در محدود فرکانس تحریک پروانه قرار نگرفته است. در نتیجه پدیده تشدید به وجود نیامده است.
کلید واژگان: ارتعاشات بدنه کشتی، ارتعاشات اجباری، دینامیک سیالات محاسباتی، آنالیز مودالOne of the most important issues in the design of a vessel structure is the vibrations of the structure and its effect on the comfort of the crew and the life of the equipment. The most important factor about the comfort of the crew in a vessel is the range of free and forced vibrations under various internal and external factors in the structure of the vessel. One of the serious factors in stimulation of vibrations in the hull vessel is the propeller. Excessive vibrations as well as the being the structure in the frequency range of propeller excitation, cause fatigue, components exhaustion, and also the resonance phenomenon. Resonance and vibration of the components are the structural design challenges, so in this paper, vibrations caused by a five-bladed propeller KP505 excitation were investigated using numerical simulation on a container vessel (KCS). First, the free vibrations of the hull vessel in wet mode were investigated. Then, to investigate the forced vibrations caused by the propeller excitation, the pressure distribution on the hull in self-propulsion mode was obtained from the numerical solution of the fluid flow by computational fluid dynamics. To validate the results, the natural frequencies obtained in free vibrations were compared with empirical formulas. Comparing the values of the first, second and, third bending frequencies with the empirical values, showed that the analysis error was 5.5, 26, and 26.6, respectively, which explain the accuracy of the analysis. Comparing the results of forced vibrations with the standard allowable range, it was shown that the vibrations are within the allowable range. Also, the structure has not being within the range of the excitation frequency of the propeller. As a result, the resonance phenomenon has not occurred.
Keywords: Ship hull vibrations, forced vibrations, computational fluid dynamics, modal analysis -
هیدروفویل ها بعنوان ابزار کاربردی در عملکرد هیدرودینامیکی تجهیزات و سازه های دریایی در نظر گرفته شده و سالیان دراز است که مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از کاربردهایی که می توان به عنوان یک راهکار جدید در بحث کاهش مقاومت شناورها مطرح شود قرار دادن هیدروفویل روی بدنه آنهاست که وجود آن باعث ایجاد یک نیروی لیفت هیدرودینامیکی مخصوصا در سرعت های بالا شده و مقاومت فشاری و اصطکاکی شناور را کاهش می دهد. در این مقاله، عملکرد هیدرودینامیکی دو مدل هیدروفویل NACA0012 و NACA6612 به ترتیب به عنوان متقارن و نامتقارن مورد ارزیابی قرار می گیرد. هدف از این بررسی، قرار دادن هیدروفویل در بدنه میانی یک شناور تریماران است که بدلیل وجود بدنه جانبی در این نوع شناورها می توان در بدنه آنها از هیدروفویل و بدون ایجاد مشکل پهلوگیری در اسکله، بهره برد. محاسبات در نظر گرفته شده بوسیله نرم افزار عددی Ansys-CFX انجام می گیرد و دقت آن با معتبرسازی چند نمونه آزمایش شده بررسی می گردد. معادلات حل جریان سیال به صورت RANSE می باشد و جریان با فرض اغتشاش به روش k-ε در نظر گرفته شده است. مقادیر نیروهای لیفت و درگ هیدروفویل ها بصورت بی بعد در زوایای حمله و سرعت های مختلف محاسبه و مقایسه گردیده و اثر پدیده ها و شرایط درگیر هر مسئله بر روی نمودارها آنالیز شده است. محاسبات با بررسی استقلال مش و مقایسه آزمایشگاهی معتبرسازی شده است. نتایج نشان می دهند تفاوت قابل توجه ای در مقادیر بدست آمده ضرایب لیفت و درگ در شرایط مختلف مانند زاویه و سرعت وجود دارد و تغییرات شکل توزیع فشار و اثر ورتکس، عملکرد هیدرودینامیکی هیدروفویل را متفاوت می کند. بر اساس همین نتایج، مشاهده گردید که هیدروفویل نامتقارن NACA6612 دارای نسبت لیفت به درگ بیشتری نسبت به هیدروفویل متقارن NACA0012 میباشد.کلید واژگان: عملکرد هیدرودینامیکی، هیدروفویل متقارن، هیدروفویل نامتقارن، دینامیک سیالات محاسباتیHydrofoils are applicational tools in hydrodynamic performance of marine equipment and structures which have attracted the attention of many researchers over the years. One of their application which is considered a new approach toward resistance reduction of the vessel, is their installatio on their hull. This will lead to the generation of hydrodynamic lift, especially at high speed which lead to reduction of frictional as well as resistive pressure. In this paper, hydrodynamic performance of symmetric and non-symmetric hydrofoils. The aim of the current study is to assess their performance for placing them as a mid-hull in trimaran vessel. Numerical computation is performed by Ansys-CFX software and the accuracy of the solution is assessed by available experimental data. RANS equations are solved and flow is analayzed as turbulent via the k-ε scheme. The obtained results indicate that hydrodynamic lift and drage of the foils at various velocities and angles of attack are quite different. Based on these results, it is concluded that non-symmetric foil possesses larger lift to drag ratio than symmetric foil.Keywords: Hyddrodynami performance, Symmetric hydrofoil, Non-symmetric hydrofoil, Computational fluid dynamics
-
عملکرد آکوستیک پروانه های کشتی یک موضوع مهم در طراحی کشتی است. نویز تولیدشده به وسیله پروانه کشتی یکی از منابع مهم نویز در زمان حرکت شناور است که محدوده فرکانسی و سطح بالاتری نسبت به سایر منابع نویز دارد. در این پژوهش، میدان سیال حول پروانه دی تی ام بی 4119 به وسیله روش حجم محدود شبیه سازی شد و سپس به روش انتگرالی فاکس ویلیامز، سطح فشار صوتی آن محاسبه و با نتایج تجربی، معتبرسازی شد. در ادامه، یک پروانه استاندارد سری B برای دو ضریب پیشروی شبیه-سازی و خصوصیات هیدرودینامیکی آن بوسیله مثلث های سرعت مورد بررسی و ساختار ورتیستی جریان استخراج گردیده است. از حالات دایم و غیردایم برای ارزیابی عملکرد آکوستیک این پروانه استفاده گردید. در حالت دایم، مقدار سطح نویز در فرکانس های بالا، کمتر پیش بینی شد که ناشی از عدم شبیه سازی جمله های وابسته به زمان است، درحالی که مدل غیردایم، سطح نویز را تا حدود 10 دسیبل بیشتر پیش بینی نمود. به منظور تعمیم نتایج نویز آکوستیکی از مقیاس مدل به اندازه واقعی پروانه از روش ITTC87 استفاده شد.
کلید واژگان: پروانه دریایی، نویز آکوستیک، دینامیک سیالات محاسباتی، معادله فاکس- ویلیام هاوکینگThe acoustic performance of ship propellers is an important issue in ship design. Noise generated by the ship's propeller is one of the most important sources of noise when ship moving in seaway which has a higher frequency range and level than other noise sources. In this study, the fluid field around the DTMB 4119 marine propeller was simulated by the finite volume method and then by the FW-H integral method, the sound pressure level was estimated and validated with the experimental results. In the following, a standard Series B propeller in two different advanced coefficients simulated. its hydrodynamic properties investigated by velocity triangles and extracted vortex structure of the flow. The Steady and unsteady states were used to evaluate the acoustic performance of this propeller. In the steady-state condition, the noise level was lower at high frequencies, while in the unsteady state, noise levels were around 10 dB higher, which be due to ignored unsteady terms. For extrapolation of the result of acoustic noise levels from the model scale to a full scale of the propeller, the ITTC87 method was used.
Keywords: Marine Propeller, Acoustic Noise, Computational fluid Dynamics', FW-H equations -
یکی از موضوعات مهم در ارزیابی تحلیل عددی مقاومت کشتی بوسیله روش دینامیک سیالات محاسباتی، بررسی عدم قطعیت آن است که شامل مطالعه تایید و اعتبارسنجی است. در این مطالعه شناور کانتینربر کی سی اس در شرایط آب آرام و در سرعت طراحی، معادل عدد فرود 26/0 مورد شبیه سازی عددی قرار گرفت. از روش حجم محدود برای گسسته سازی معادلات ناویراستوکس و مدل توربولانسی انتقال تنش برشی استفاده گردید. سطح آزاد بوسیله روش حجم سیال و اینرسی حرکات شناور بوسیله معادلات کوپل حرکت جسم صلب با جریان مدلسازی شد. مقادیر عدم قطعیت برای مطالعه تایید و اعتبارسنجی بررسی شد. مطالعه تایید بوسیله سه حل شبیه سازی با درجه متفاوت مش ، بررسی شد. پس از مطالعه تایید مقدار عدم قطعیت روش عددی کمتر از 76/5 درصد بود و در مطالعه اعتبارسنجی، با در نظر گرفتن عدم قطعیت تست مدل، مقدار عدم قطعیت84/5 درصد به دست آمد. نتایج حاکی از دقت مناسب روش استفاده شده و شبکه بندی بود.
کلید واژگان: تایید و اعتبارسنجی، مقاومت شناور، دینامیک سیالات محاسباتی، عدم قطعیت، مدل SSTOne of the important issues in evaluating the numerical analysis of ship resistance by the computational fluid dynamics method is to investigate its uncertainty, which includes verification and validation studies. In this study, the KCS container Ship in calm water was simulated numerically at the design speed, equivalent of Froude number 0.26. The finite volume method was used to discretize the Navier Stokes equations and the turbulence model of shear stress transfer. The free surface was modeled by the fluid volume and inertia of the ship motions using the coupled rigid-body coupling equations with fluid. Uncertainty values were assessed for verification and validation studies. The verification study was investigated by three simulation solutions with different mesh resolution . The numerical method uncertainty was less than 5.76% after the study and in the validation study, considering the uncertainty of the model test, the uncertainty was 5.84%. The results showed good accuracy of the method used and gridding.
Keywords: Verification, Validation, Ship Resistance, Computational fluid dynamics, Uncertainty, SST Model -
Surface piercing propellers are widely employed in high-speed crafts due to having many favorable features. These propellers operate at both submerged and semi-submerged states. In submerged state, to enhance the propeller hydrodynamic performance, the blades are usually manipulated through artificial ventilation by adding the air duct which is located at the propeller suction side. In current study, a 5-blade propeller proficiency has been studied under different operational conditions of 16 m catamaran vessel experimentally, the sea trial, and numerically using Computational Fluid Dynamics (CFD). The propeller behavior has been investigated under four sea trials while the propeller torque has been sampled at different engine states and vessel speed. The numerical study through CFD has been done to analyze the propeller behavior under different conditions, submerged and semi-submerged states. The numerical results have been validated by experimental observations. The propeller proficiency has been studied in two vessel motion stages which are pre-planing and post-planing. The results depict that the maximum torque is observed in submerged state at the last step of pre-planing mode while the engine speed is 2300 rpm. The propeller torque is reduced 10 to 16% at 2500 rpm in post-planning stage. In submerged state, the propeller proficiency is negligible at pre-planing mode.
Keywords: Surface Piercing Propeller, Propeller Torque, Thrust, Submerged State, Semi- Submerged State, Computational Fluid Dynamics -
ارتعاشات سازه شناور در اثر تحریک پروانه شناور دریایی یکی از پیچیده ترین موضوعات مربوط به سیال و سازه و برهمکنش بین آن ها است. در مقاله حاضر، ابتدا شبیه سازی های عددی جریان سیال در اطراف پروانه انجام شده و منحنی های مشخصه عملکرد هیدرودینامیکی پروانه در شرایط آب آزاد برای ضرایب پیشروی مختلف رسم گردیده اند. مشاهده می شود که حداکثر خطای نسبی شبیه سازی های عددی نسبت به داده های آزمایشگاهی در ضرایب پیشروی مختلف حدود 7 درصد است. سپس شبیه سازی های عددی ارتعاشاتی پروانه جامد انجام می شود. به منظور رسیدن به استقلال نتایج از شبکه محاسباتی، نتایج تحلیل مودال برای محاسبه فرکانس های طبیعی ارتعاشاتی برای پنج شبکه محاسباتی مختلف با یکدیگر مقایسه گردیده اند. سه جنس مختلف ماده پروانه متداول یعنی برنج، برنز نیکل-آلومینیوم و فولاد ضد زنگ در نظر گرفته شده و نتایج شبیه سازی های عددی ارتعاشاتی از قبیل فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشاتی با استفاده از تحلیل مودال برای این پروانه ها با یکدیگر مقایسه و تحلیل شده اند. به طور کمی، مقادیر فرکانس های طبیعی برای پروانه های از جنس فولاد ضد زنگ و برنز نیکل-آلومینیوم به ترتیب 33 درصد و 14 درصد بیشتر از پروانه از جنس برنج هستند. به بیان دیگر، برنج آسیب پذیرترین و فولاد ضد زنگ مقاوم ترین جنس پروانه در برابر پدیده تشدید است.کلید واژگان: پروانه شناور دریایی، ارتعاشات، برهمکنش بین سیال و سازه (FSI)، دینامیک سیالات محاسباتی، روش المان محدود، تحلیل مودالPropeller-induced vibration of a marine vessel is one of the most complex issues of fluid and structure and the interaction between them. In the present article, numerical simulations of fluid flow around the propeller are performed first and the characteristic curves of propeller hydrodynamic performance in open water conditions are plotted for various advance ratios. It is observed that the maximum relative error of numerical simulations relative to experimental data in various advance ratios is about 7%. Then, the numerical vibration simulations of the solid propeller are performed. To achieve the results independently from the computational grid, the modal analysis results for calculating the vibrational natural frequencies for five different computational grids are compared to each other. Three different popular propeller materials i.e. brass, nickel aluminum bronze, and stainless steel are considered, and the results of numerical vibrational simulations such as natural frequencies and vibrational mode shapes using the modal analysis are compared for these propellers. Quantitatively, the magnitudes of natural frequencies for stainless steel and nickel-aluminum bronze propellers are 33% and 14% more than that of the brass propeller, respectively. In other words, brass is the most vulnerable and stainless steel is the most durable propeller material against resonance.Keywords: Marine Vessel Propeller, Vibration, Fluid-Structure Interaction (FSI), Computational fluid dynamics, finite element method, modal analysis
-
در این پژوهش یک مبدل انرژی امواج بر پایه ی ستون نوسانی آب با استفاده از روش عددی شبیه سازی شده است. معادلات متوسط گیری شده ی ناویر-استوکس با بکارگیری روش عددی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی و استفاده از کد متن باز اوپن فوم حل شده است. حلگر مناسب برای در نظر گرفتن اثرات سطح آزاد و همچنین اثرات آشفتگی جریان بر حل مسئله انتخاب شده است. صحت سنجی حل عددی بر مبنای نتایج آزمایشگاهی معتبر و برای مسئله ی دوبعدی انجام گرفته است. مواردی نظیر تغییرات سطح آزاد آب داخل مبدل، مقدار فشار و همچنین بازده ی مبدل ارایه شده و اثرات شرایط امواج منتشر شده در تانک عددی بر عملکرد هیدرودینامیکی این مبدل مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین نیروهای وارد بر مبدل در شرایط مختلف ارایه شده و می تواند در طراحی مبدل بعنوان یک سازه ی ساحلی به کار گرفته شود. استفاده از روش حاضر و تولید موج منظم در تانک عددی و شبیه سازی دقیق رفتار هیدرودینامی مبدل و بررسی جزییات دقیق جریان سیال که در تحلیل تجربی قابل ارزیابی نمی باشد، باعث ارایه ی یک راه حل دقیق و مناسب برای دستیابی به بهترین ابعاد و جانمایی این مبدل در شرایط واقعی دریا می گردد. نتایج دقیق شبیه سازی عددی در مقابل داده های تجربی موجود و امکان تحلیل دقیق جزییات جریان در مقابل پژوهش های آزمایشگاهی از نقاط برجسته ی این مطالعه می باشد.
کلید واژگان: مبدل انرژی امواج، ستون نوسانی آب، انرژی تجدید پذیر، دینامیک سیالات محاسباتیMarine Technology, Volume:7 Issue: 1, 2020, PP 102 -114In this study, a wave-energy converter based on the Oscillating Water Column is simulated using numerical method. Reynolds averaged Navier-Stokes equations are solved by applying a numerical method based on computational fluid dynamics and using an open source OpenFOAM code. A suitable solver for considering the effects of free surface as well as the effects of turbulence is chosen. Numerical validation was performed based on the published experimental results and for a 2D problem. The changes in the water free surface inside the converter, the air pressure as well as the converter efficiency were presented and the effects of the wave parameters on the hydrodynamic performance of the converter were evaluated. Also, the forces acting on the OWC in different conditions are presenterd and can be used in the design of coastal structures. Using the current method and generating regular waves in a numerical tank, and accurately simulating the hydrodynamic characteristics of the converter, and examining the exact parameters of fluid that is not measurable in the experimental analysis, provides a precise and appropriate solution for achieving the best dimensions and location of the converter in terms of the real sea conditions. The accurate results of numerical simulation against the available experimental data and the possibility of detail analysis of flow characteristics versus experimental measurements are highlights of this study.
Keywords: Wave energy convertor, oscillating water column, Renewable Energy, Computational fluid dynamics -
آبشستگی در حقیقت جابجایی ذرات توسط جریان از محل استقرار اولیه آن ها به مکان دیگری است. وقوع پدیده ی آبشستگی در اطراف سازه های هیدرولیکی، یکی از اصلی ترین عوامل تخریب این سازه ها بوده و هر ساله باعث اعمال خسارات فراوان مالی در جهان می شود. اکثر مطالعات در شرایط مختلف آزمایشگاهی روی بستر ماسه ای و برای شرایط تعادل آبشستگی ارائه شده است و کاربرد این روابط برای شرایط طبیعی دریا، عدم اطمینان هایی را در برآورد مقدار آبشستگی به همراه دارد. بدیهی است استفاده از یک روش بدون توجه به شرایط حاکم بر آن روش، مناسب نمی باشد. در بسیاری از موارد نیز می توان از مدل های فیزیکی و روش های عددی برای تخمین عمق آبشستگی کمک گرفت. در مطالعه حاضر پروفیل آبشستگی توسط مدل عددی بررسی شده است. یکی از مهم ترین اهداف این تحقیق ارائه الگو و طرحی در جهت پیشگیری، کنترل و بهینه سازی آبشستگی در سازه های دریایی مخصوصا موج شکن ها و اسکله ها می باشد. بررسی عوامل مختلف تشدید آبشستگی و راه کارهای کاهش تاثیر این عامل از مهم ترین اهداف این تحقیق می باشد.کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، آبشستگی، موج شکن، اسکلهScour is in fact the displacement of particles by flow from their initial location to another location. The phenomenon of scour around hydraulic structures is one of the main causes of their destruction and causes huge financial losses worldwide every year. Most of the studies have been carried out in different laboratory conditions on sandy bed and for scour equilibrium conditions and application of these relationships to natural sea conditions has uncertainties in estimating scour value. Obviously, it is not appropriate to use a method without regard to the conditions governing it. In many cases, physical models and numerical methods can also be used to estimate the scour depth. In the present study, the scour profiles are investigated by numerical model. One of the most important goals of this research is to provide a model and plan for prevention, control and optimization of scours in marine structures, especially breakwater and docks. Investigating different factors of scour intensification and ways to reduce its impact is one of the most important goals of this study.Keywords: Computational fluid dynamics, Scouring, wave breaker, jetty
-
بررسی بیومیمتیکی و هیدرودینامیکی آبزیان به دلیل پیچیدگی موجود در هندسه بدن و نوع حرکت آبزیان، یکی از چالشی ترین مباحث دینامیک سیالات محاسباتی در پژوهش های اخیر در این زمینه بوده است. حرکت بدن آبزی و بالاخص بخش دم از یک سو و حرکت سیال حول بدن آبزی از سوی دیگر، موجب ایجاد جریان ناپایا شده و تحلیل را پیچیده تر کرده و نیازمند درک عمیقی از برهم کنش سیال و بدن آبزی است. به همین منظور هدف این پژوهش، با استفاده از یک هندسه دوبعدی دقیق از بدن دلفین، شبیه سازی عددی هیدرودینامیک جریان اطراف بدن آبزی با درنظر داشتن شنای آبزی بوده و به طور خاص بررسی تغییرات ضرایب درگ و لیفت، نحوه حرکت بدن و اثر آن بر میدان سرعت و فشار و نحوه تشکیل گردابه ها در بلافاصله نزدیک بدن دلفین انجام شده است. که نتایج حاکی از تاثیر قابل توجه فرکانس حرکت دلفین و طول متحرک دم دلفین بر پارامترهای ذکر شده می باشد.کلید واژگان: شبیه سازی عددی، میدان سرعت و فشار، ضرایب درگ و لیفت، دینامیک سیالات محاسباتی، مش متحرکThe biomimetic and hydrodynamic study of aquatic animals is one of the most challenging computational fluid dynamics topics in recent studies due to the complexity of body geometry and the type of flow field. The movement of the aquatic body, and particularly the tail section and the corresponding movement of fluid around the body, causes an unsteady flow and requires a comprehensive study of the interaction of fluid and aquatic body which makes the analysis more complicated. In this research, the main purpose is to investigate the numerical simulation of hydrodynamic flow around the aquatic body regarding dolphin swimming condition. Specifically, considering the precise 2D geometry of a dolphin body, the studied parameters include the drag and lift coefficients, body movement and its effect on vorticity, pressure and velocity fields immediately around the body. According to the results it can be claimed that the body movement frequency and the length of tail motion highly affect the mentioned parameters.Keywords: Numerical Simulation, Velocity, Pressure field, Drag, Lift Coefficients, Computational Fluid Dynamics, Moving Mesh
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.