On the analysis of the scale effects in marine propellers using computational tools

Morán Guerrero, Amadeo (2019). On the analysis of the scale effects in marine propellers using computational tools. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Navales (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57679.

Description

Title: On the analysis of the scale effects in marine propellers using computational tools
Author/s:
  • Morán Guerrero, Amadeo
Contributor/s:
  • González Gutiérrez, Leo Miguel
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Freetext Keywords: CFD; hélices marinas; RANS; modelos de transición; transición inducida por flujo transversal; efectos de escala; efectos de escala debidos a la sustentación; simulación de curvas de propulsor aislado; métodos de extrapolación = CFD; marine propellers; RANS; transition modeling; cross-flow transition mechanism; scaling effects; lift scale effects; open water simulations; extrapolation methods; scaling procedures
Faculty: E.T.S.I. Navales (UPM)
Department: Arquitectura, Construcción y Sistemas Oceánicos y Navales (Dacson)
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Actualmente una de las formas más precisas, fiables y aceptadas a nivel mundial para conocer los valores de par y empuje de un propulsor determinado es a partir de ensayos a escala modelo, concretamente con el ensayo de propulsor aislado. Debido a la imposibilidad de cumplir la igualdad de Reynolds entre los ensayos y la escala real es necesario pasar posteriormente estos resultados por el filtro de los modelos de extrapolación, a través de los cuales se le aplican las correcciones a los resultados obtenidos. Todavía hay bastante controversia acerca de los modelos de extrapolación a utilizar y de si dichos modelos, mundialmente aceptados, son válidos para los diseños actuales de hélices. Gracias a los avances en los modelos matemáticos para simulación de fluidos y a las mejoras en potencia de cálculo, hoy en día, cuando se trata de comparar distintas alternativas, cada vez más se opta por realizar simulaciones numéricas del ensayo de propulsor aislado a un coste relativamente bajo. En esta tesis, se estudian mediante herramientas computacionales los modelos más apropiados para la simulación de propulsores a escala modelo, incluyendo la modelización del fenómeno de la transición de flujo laminar a turbulento. Gracias a la inclusión de esos modelos se ha podido realizar un estudio de los efectos de escala debidos a la variación de la resistencia y la sustentación de las secciones para un propulsor, siendo esta última un factor importante en los efectos de escala en este caso. Finalmente, se presentan dos nuevos modelos alternativos para la obtención de la resistencia de fricción de las secciones del propulsor, uno de ellos realizando una pequeña modificación de uno ya existente y otro aplicando redes neuronales a este problema en concreto. Para este último estudio se ha utilizado una base de datos de siete propulsores. ----------ABSTRACT---------- Nowadays one of the most accurate, reliable and globally accepted methods to estimate the torque and thrust values of a particular propeller from model test results, is the open water test. Subsequently, these results should be corrected with an extrapolation model due to the inability to achieve the Reynolds similarity between the model and real scale conditions. There is still a lot of controversy about the extrapolation models to use and whether the world-accepted models are valid for modern propeller designs. Thanks to the improvements of the mathematical models for fluid dynamic simulations and the increase of computational power, nowadays, when the main objective is to compare different alternatives, more and more numerical simulations are performed for the open water test at a relatively low cost. In this thesis, a study of the most appropriate models to simulate model scale propellers, including the complexity associated to laminar to turbulent transition, is accomplished for several propellers. Thanks to the inclusion of these models it has been possible to analyse the drag and lift scale effects for a particular propeller, being the lift scale effects an important factor of the scale effects for this particular case. Finally, two new models to estimate the friction coefficient of the sections of the propeller are presented, one of them being a modification of a current method closer to CFD results and the other a neural networks application to this particular problem. To carry out both methods a dataset of seven propellers has been used.

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Item ID: 57679
DC Identifier: http://oa.upm.es/57679/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57679
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57679
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 13 Jan 2020 14:28
Last Modified: 13 Jan 2020 14:28
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