In order to investigate the influence of thru holes near leading edge of model propeller on cavitation behavior, a model propeller with thru holes was manufactured and tested at Large Cavitation Tunnel (LCT). The pressure distribution around the thru hole on propeller blade was numerically calculated to help understand the local flow characteristics related to cavitation behavior. The model propeller is a five bladed propeller which has 2 blades with thru holes and 3 blades with smooth surface. The cavitation observation tests were conducted at angles of $0^{\circ}$ & $6^{\circ}$ using an inclined-shaft dynamometer in LCT. There are big difference on the suction side cavitation behavior each other due to the existence of thru hole. While the blades with thou holes start generation of the sheet cavitation from the leading edge on the suction side, the blades with smooth surface generate the cloud cavitation from the mid-chord. Cavitation on the blades with thru holes shows more similar behavior to those of the full-scale propeller of which the pipe line for air injection is closed. The numerical analysis result shows that the sharp pressure drop occurs around thru holes on the blade. Consequently, the thru hole around leading edge stimulates the cavitation occurrence and stabilizes the cavitation behavior. Based on these results, the effect of thru holes on propeller cavitation behavior behind a model ship should be studied in the future.
고속 프로펠러를 대상으로 캐비테이션 발생 특성에 가장 큰 영향을 미치는 2차원 날개단면의 앞날 형상에 관한 연구를 수행하였다. 앞날 주위의 유동장을 해석하기 위하여 비압축성 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)방정식을 유한체적법(FVM)으로 차분하는 수치해석기법을 사용하였다. 또한 패널법을 이용하여 캐비테이션 발생두께를 예측하였다. 예측된 결과들은 실험결과와 비교해서 타당함을 알 수 있었으며, 이 결과를 이용하여 새로운 단면을 설계하였다.
모형 프로펠러 날개의 레이놀즈 수와 날개 앞날 표면거칠기 그리고 터널용수의 공기함유량이 모형 프로펠러의 캐비테이션 초기 발생, 캐비테이션 발생량 및 변동압력에 미치는 영향을 캐비테이션 터널에서 실험적으로 조사하였다. 'Sydney Express' 컨테이너선의 모형 프로펠러 캐비테이션 관찰과 변동압력 계측결과를 타 연구기관의 모형실험 결과와 실선 프로펠러의 캐비테이션 관찰 및 변동압력 계측치와 함께 비교하였다. 그 결과 매우 타당한 결과를 보여주었다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권3호
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pp.206-214
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2009
Alternate blade cavitation, rotating cavitation and cavitation surge in rocket turbopump inducers were simulated by a three dimensional commercial CFD code. In order to clarify the cause of cavitation instabilities, the velocity disturbance caused by cavitation was obtained by subtracting the velocity vector under non-cavitating condition from that under cavitating condition. It was found that there exists a disturbance flow towards the trailing edge of the tip cavity. This flow has an axial flow component towards downstream which reduces the incidence angle to the next blade. It was found that all of the cavitation instabilities start to occur when this flow starts to interact with the leading edge of the next blade. The existence of the disturbance flow was validated by experiments.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권2호
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pp.113-121
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2010
LES(Large Eddy Simulation) with a cavitation model was performed to calculate an unsteady flow for a mixed flow pump with a closed type impeller. First, the comparison between the numerical and experimental results was done to evaluate a computational accuracy. Second, the torque acting on the blade was calculated by simulation to investigate how the cavitation caused the fluctuation of torque. The absolute pressure around the leading edge on the suction side of blade surface had positive impulsive peaks in both the numerical and experimental results. The simulation showed that those peaks were caused by the cavitaion which contracted and vanished around the leading edge. The absolute pressure was predicted by simulation with -10% error. The absolute pressure around the trailing edge on the suction side of blade surface had no impulsive peaks in both the numerical and experimental results, because the absolute pressure was 100 times higher than the saturated vapor pressure. The simulation results showed that the cavitation was generated around the throat, then contracted and finally vanished. The simulated pump had five throats and cavitation behaviors such as contraction and vanishing around five throats were different from each other. For instance, the cavitations around those five throats were not vanished at the same time. When the cavitation was contracted and finally vanished, the absolute pressure on the blade surface was increased. When the cavitation was contracted around the throat located on the pressure side of blade surface, the pressure became high on the pressure side of blade surface. It caused the 1.4 times higher impulsive peak in the torque than the averaged value. On the other hand, when the cavitation was contracted around the throat located on the suction side of blade surface, the pressure became high on the suction side of blade surface. It caused the 0.4 times lower impulsive peak in the torque than the averaged value. The cavitation around the throat caused the large fluctuation in torque acting on the blade.
Steady state flow calculations are executed for turbo-pump inducers of modern design to validate the performance of Tascflow code. Hydrodynamic performance of inducers is evaluated and structure of the passage flow and leading edge recirculation are also investigated. Calculated results show good coincidence with experimental data of static pressure performance and velocity profiles over the leading edge. Upstream recirculation, tip leakage and vortex flow at the blade tip and near leading edge are main sources of pressure loss. Amount of pressure loss from the upstream to the leading edge corresponds to that of whole pressure loss through the blade passage. The viscous loss is considerably large due to the strong secondary flow. There appears more stronger leading edge recirculation for the backswept inducer, and this increases the pressure loss. However, blade loading near the leading edge is considerably reduced and cavitation inception delayed.
본 연구에서는 NACA0012단면을 갖는 타원형날개끝 캐비테이션과 유기소음특성에 미치는 표면거칠기의 영향이 실험적으로 조사되었다. 사용한 표면거칠기는 조도 $200{\mu}m$의 입자로서, 날개끝 3cm 구간에 부착하였다. 또한 날개끝과 앞날에 각각 3cm의 거칠기를 준 경우도 별도로 조사되었다. 캐비테이션 발생시험 결과 캐비테이션 초기발생위치는 실험한 받음각 범위에서 날개끝으로부터 대략 1/2 코오드정도 후류이며, 캐비테이션 수가 감소함에 따라 변화하는 형상을 보였다. 날개끝 캐비테이션에 의한 소음은 주파수 3-50kHs사이의 비교적 고주파수에서 음압이 증가하는 양상을 보였으나, 더 낮은 캐비테이션수에서 날개 앞날 캐비테이션으로 확장되면 전 주파수 범위에 걸쳐서 소음이 증가하었다. 캐비테이션과 소음발생은 표면거칠기가 증가할때 개선되는 경향을 보였으나 그 차이는 크지않았다. 날개 앞날과 끝날에 거칠기를 준 경우가 낮은 캐비테이션수에서 다소 유리한 캐비테이션 특성을 보여준 반면 양력-항력비의 감소에 따른 문제점도 지적되었다.
This paper studies on the rudder shapes for the suppression of the cavitation around a horn-type rudder. To improve the problems due to cavitation, there have been several studies. However, these some studies are recognized as incomplete ways to suppress the rudder cavitation. In this study, the section shapes to suppress the cavitation phenomena are determined by moving the location of maximum thickness for reducing the curvature variation and changing the radius of leading edge. Also, in the pintle part, the curvature radius of the inlet outlet edge of rudder plate is changed. During the design of rudder shape, two-dimensional numerical simulations are firstly performed because those offer some advantages with that cavitation phenomena becomes predictable for a short time, and then the three-dimensional numerical simulations are performed to confirm the determination. The time mean distribution of the propeller slipstream is imposed on the inlet boundary condition. As some results, this paper shows the effects reducing the range of the occurrence of cavitation, and suggests the references on the design of a horn-type rudder for the suppression of cavitation phenomena.
The incompressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) equations are solved using the standard $\textsc{k}-\varepsilon$ turbulence model and a finite volume method(FVM)with an O-type grid system. The computed results for its performance test are in good agreement with the published experimental data. The present method is applied to the study on the leading edge radius of a hydrofoil section Calculated results suggest that the leading edge radius has some effects on cavitation performances of a 2-D foil. A natural leading edge radius for the NACA66 section is determined from this study.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권1호
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pp.81-100
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2013
During the final quarter of the last century considerable efforts have been spent to reduce the hull pressure fluctuations caused by unsteady propeller cavitation. This has resulted in further changes in propeller design characteristics including increased skew, tip unloading and introduction of "New Blade Sections" (NBS) designed on the basis of the so-called Eppler code. An experimental study was carried out to investigate flow characteristics of alternative two-dimensional (2-D) blade sections of rectangular planform, one of which was the New Blade Section (NBS) developed in Newcastle University and other was based on the well-known National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) section. The experiments comprised the cavitation observations and the measurements of the local velocity distribution around the blade sections by using a 2-D Laser Doppler Anemometry (LDA) system. Analysis of the cavitation tests demonstrated that the two blade sections presented very similar bucket shapes with virtually no width at the bottom but relatively favourable buckets arms at the suction and pressure sides for the NACA section. Similarly, pressure analysis of the sections displayed a slightly larger value for the NBS pressure peak. The comparative overall pressure distributions around the sections suggested that the NBS might be more susceptible to cavitation than the NACA section. This can be closely related to the fundamental shape of the NBS with very fine leading edge. Therefore a further investigation into the modification of the leading edge should be considered to improve the cavitation behaviour of the NBS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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