Potkurilaskennan validointi ja geometrian siirto CFD-laskennan tarpeisiin

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli validoida Procal-ohjelmaa, jolla voidaan laskea potkurin avovesikertoimet ja analysoida lapaan ja napaan kohdistuvia voimia, vertailemalla laskentatuloksia mallikoetuloksiin. Toisena tavoitteena oli tutkia, miten geometria voidaan siirtää taulukkomuodosta CFD-laskentaa varten. Työtä on tarkoitus hyödyntää telakan omissa potkurilaskennoissa. Validointiosuus aloitettiin valitsemalla potkurit ja tarkastelemalla niiden mallikoeraportteja. Kyseisten potkureiden mallikokeista saaduilla tiedoilla piirrettiin avovesikäyrästöt, joita verrattiin Procalilla laskettuihin käyriin. Geometrian siirrossa vertailtiin taulukkomuodosta saatuja potkureita valmistajilta saatuihin valmiisiin 3D-malleihin. Napalla ja Procalilla luotiin 3D-mallit taulukkomuodosta ja niitä vertailtiin Rhinoceros-ohjelmassa valmiisiin 3D-malleihin laittamalla ne mahdollisimman hyvin päällekkäin, jolloin eroavaisuudet tulevat esille. Lopputuloksena saatiin selville, että Procal on varteenotettava vaihtoehto avovesilaskentaan sekä hyvä työkalu esimerkiksi vertaamaan potkurin geometrian muutoksien vaikutusta avovesiominaisuuksiin. Ohjelma tarvitsee kuitenkin vielä validointia, jotta nähdään tulosten luotettavuus suuremmassa mittakaavassa. Geometrian siirtoa tutkittaessa huomattiin, että Napan potkurimallintaja ei ole hyvä työkalu 3D-mallin luomiseen sen epäluotettavuuden vuoksi, kun taas Procalilla luotu 3D-malli vastasi hyvin valmistajan mallia lukuunottamatta kärjen terävyyttä.

The purpose of this Bachelor’s thesis was to validate propeller Boundary Element Computation program named PROCAL which is used to analyze for example propellers open water efficiency, torque and thrust coefficients. The second goal of the thesis was to study how to transfer propeller geometry from table format to 3D-model used in CFD-computations The validation part started by choosing the propellers, which will be used in Procal and by familiarizing the model test reports. Open water efficiency, torque and thrust coefficients were plotted according to model test data. Model test results were then compared with PROCAL computation results. In transferring the geometry part 3D models from manufacturers/designers were compared to Napa and Procal 3D models by using a program named Rhinoceros. The models were compared by fixing them over each other. Differences between geometries were made by visual inspection. As an end result, it was noticed that Procal is reliable program for open water calculations and a good tool to analyze how the changes in blade geometry influence to open water features. Procal still needs a bit more validation to confirm the reliability in a larger scale. For geometry 3D-export NAPA is not a good tool because it’s unreliable. 3D models created with Procal looked almost alike when comparing to manufacturer's/designer's model. The only differences were the sharpness in the blade root and tip regions.