Viskoz / Potansiyel Hız Birleştirme Yöntemi İle Pod / Strut Birleşim Bölgesindeki Yuvarlatma Geometrisinin İncelenmesi

Abstract

Günümüzde Podlu itme sistemlerinin gemi tahrik sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaya başlandığı görülmektedir. Bu doktora çalışmasının amacı podlu itme sisteminin tasarımında, viskoz ve potansiyel akım hesap yöntemlerinin birleştirilerek kullanılmasına dayanan bir tasarım yaklaşımının sunulmasıdır. Literatürde Szantyr Pod olarak bilinen 4.53 m boyundaki jenerik bir pod/strut geometrisi etrafındaki akım panel metodu kullanılarak hesaplanmıştır. Pod ve strut geometrisi potansiyel ve viskoz akım hesap yöntemleri kullanılarak incelenmiş ve yüzey etrafındaki akım özellikleri her iki çözücü ile hesaplanmıştır. Viskoz çözümde sınır tabakadaki yerel hızlar, potansiyel çözüme sınır şartları güncellenerek dahil edilmiştir. Böylelikle potansiyel akıma viskozite etkileri dahil edilmiş olmaktadır. Viskoz yerel hız bileşenleri, herbir panel üzerindeki yeni kaynak terimi güncellemesi olarak eklenmekte ve böylece çözüme geçilmektedir. Kanat/gövde bağlantılarında, kanadın önder kenarındaki basınç gradyeninin de etkisi ile akım yavaşlamakta ve strut boyunca ilerleyen atnalı girdabı oluşmaktadır. Pod/strut birleşim bölgesinde sistematik geometri değişikliğine gidilerek baş yuvarlatması eklenmiş ve atnalı girdabının etkileri pervane düzlemi üzerindeki hız dağılımları çizdirilerek incelenmiştir. Çözüm önerisi olarak eklenen baş yuvarlatma geometrisinin atnalı girdabını azalttığı hatta kısmen de yok ettiği görülmüştür. Bu doktora tezi kapsamında yapılan çalışmalar sonucunda geliştirilen birleştirilmiş çözüm yönteminin iyi bir ön tasarım aracı olarak kullanılabileceği görülmüştür.

Podded propulsors are being widely used in marine propulsion industry in the last decade. The main objective of this thesis is to present a design approach based on viscous/inviscid coupling for podded propulsor design. Surface panel method is used to calculate the flow around the well known pod/strut model namely Szantyr pod A with a given length of 4.53 m. The pod/strut geometry has been analyzed both in potential and viscous RANS solver. The viscous flow characteristics around the pod were evaluated. The boundary layer velocity components are derived from the viscous solution and applied to the potential solver as modified boundary condition. Viscous velocity components are set as the new panel source strengths and the potential flow computation is finalized with viscous near field data. The horseshoe vortex developing from the leading edge side of pod/strut is a typical problem for this kind of junction flows. Flow retardation with the effect of adverse pressure in the upstream side creates a vortex traveling downstream around the strut. The presence of this vortex flow is observed in the propeller plane downstream. In order to eliminate this vortex, systematic geometry modification is made by adding forward fillets on the pod/strut junction. It is observed that forward filleting improved the propeller plane velocity distribution and decreased the effects of horse shoe vortex. As a conclusion, the design approach aimed in this study seems to be an effective pre-design tool covering both geometry and viscous effects to achieve the desired propeller plane velocity distribution.