Onderzoek naar de Hydrodynamische Karakteristieken Analyse en Optimalisatie Ontwerp van een Rim-driven Thruster

  Bij conventionele asaangedreven voortstuwingssystemen moet de as met de hoofdmotor worden verbonden door een ander tussenliggend overbrengingsapparaat, op welke manier teveel ruimte wordt opgenomen. Bovendien veroorzaakt de complexe structuur veel mechanisch verlies, wat resulteert in een laag rendement en het creëren van hoge trillingen en ruis. Integendeel, de zich snel ontwikkelende rim-driven thruster (RDT) wint de laatste jaren steeds meer aan populariteit. In vergelijking met conventionele voortstuwers heeft de RDT vele opmerkelijke voordelen en is ongetwijfeld een belangrijk ontwikkelingsonderwerp in de toekomst. De Rim-aangedreven thruster, ook wel bekend als de geïntegreerde motorpropeller, heeft wereldwijd veel aandacht gekregen sinds het concept voor het eerst werd opgericht. De RDT integreert de aandrijfmotor met schroefbladen om een compacter ontwerp te vormen, dat totaal anders is dan conventionele voortstuwers. De schroefbladen zijn verbonden met de rotor van de motor, terwijl de stator in het kanaal is ingebed en wanneer de smelter werkt, drijft de rotor de schroefbladen aan om te draaien en de rotor te produceren die vervolgens wordt afgeleverd door lagers. Op deze manier vermindert de hoge geïntegreerde structuur de behoefte aan een grote ontwerpruimte, wordt de werkefficiëntie aanzienlijk verbeterd en, nog belangrijker, worden trillingen en ruis sterk verminderd, waardoor vaartuigen stiller en comfortabeler worden. De RDT werd in het begin toegepast op het militaire terrein, maar tegenwoordig is de toepassing van RDT's uitgebreid naar jachten, civiele boten en AUV's. Ondanks de vele voordelen die de RDT biedt, zijn er nog steeds verschillende technische problemen bij het optimale ontwerp van een RDT. Daarom is de studie van het optimale ontwerp en vloeistofstroomcontrolemechanisme van een RDT absoluut een waardevol onderwerp. Het stromingsveld gegenereerd door een RDT in open water is vrij ingewikkeld en varieert willekeurig, waardoor het een zware uitdaging is om de bijzonderheden van de stromingseigenschappen met experimentele methoden vast te leggen. Met de ontwikkeling van computertechnologie bevorderen de CFD-methoden gelukkig een handige manier om dit soort problemen aan te pakken. De kosten kunnen worden verlaagd met CFD-simulatie, omdat de CFD-methode relatief minder middelen in beslag neemt en acceptabele resultaten oplevert. De aard van de vloeistofstroom in een RDT is turbulent en momenteel zijn er 3 manieren voor numerieke simulatie van turbulentie, zoals Direct Numerical Simulation (DNS), Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) en Large Eddy Simulation (LES). Het voordeel van de DNS-methode is dat nauwkeurige informatie over de vloeistofstroom kan worden verkregen en het nadeel is dat de vraag naar computervermogen niet kan worden voldaan wanneer de DNS-methode wordt gebruikt om stromen met een hoog Reynolds-nummer te berekenen. RANS-methoden kunnen hoge Reynolds-problemen oplossen, waarbij kleine details van het stroomveld ontbreken omdat de resultaten worden verkregen door gemiddelde bewegingen van de vloeistof te berekenen. LES kan worden gebruikt om de beweging van grootschalige wervels te berekenen op basis van het transportmechanisme van kinetische energie, en de invloeden van de kleine schalen op de grote schalen kunnen worden gesimuleerd door modellen vast te stellen. Als zodanig kunnen meer details van het stroomveld worden onthuld tegen lagere kosten, en daarom wordt de LES-methode nu breder toegepast. RANS-methoden worden op grote schaal gebruikt vanwege de gemeenschappelijke vereisten voor computerbronnen en uitgebreide toepassingsbereik. Momenteel worden veel studies naar de prestatieanalyse van RDT's uitgevoerd met CFD-methoden die RANS gebruiken om het stabiele stroomgebied te bereiken. RANS heeft echter zijn hmits in die zin dat gedetailleerde informatie over stromingskenmerken verloren gaat met deze methode, daarom kunnen stroommechanismen niet worden onthuld. Bovendien vloeien de prestaties van een schroef en de onvermijdelijke verliezen voort uit de interactie van een groot aantal stroomfuncties, die elk bijdragen aan de complexiteit van de stroom en de taak van de simulatie moeilijker maken. Een oplossing voor dit probleem is te vinden in de onstabiele RANS-methode, waarbij de grootschalige tijdelijke stroomfuncties zijn opgelost. Deze methode lijkt haalbaar voor simulatie van een RDT, maar deze methode wordt momenteel niet vaak toegepast. Daarom zal dit project zich richten op het optimale ontwerp en vloeistofstroomcontrolemechanisme van een RDT met URANS en LES-methoden. Door numerieke modellen met verschillende parameters en verschillende methoden op te zetten, zullen de stabiele en onstabiele resultaten en details worden geanalyseerd om het structuurontwerp van RDT te optimaliseren, en zullen onstabiele kenmerken, zoals cavitatie, worden bestudeerd en zal het stromingsveld worden geëvalueerd. de stroommechanismen.