Analysis of the impact of turbulence models, grid topology, and flow characteristics on the precision of propeller's hydrodynamic performances predictions in open water tests

The effects of the turbulence model, grid topology, and flow characteristics on the accuracy of numerical prediction of propeller hydrodynamic performance were studied over a wide range of advance ratios. RANS equations were solved with Ansys Fluent to evaluate the hydrodynamic coefficients of the E779A propeller model in the open water tests. The validity of the numerical results was examined by a published experimental benchmark; the numerical-experimental comparison revealed a good agreement. Thrust coefficient, torque, and efficiency were presented and analysed for different turbulence models and grid topologies in both steady and unsteady flow. It is found that using the transition turbulence model in conjunction with the hexahedral grid guarantees a high level of accuracy of the propeller hydrodynamic performance in the open water tests. В работе рассматривается влияние модели турбулентности, топологии сетки и характеристик потока на точность численного прогнозирования гидродинамических характеристик гребного винта в широком диапазоне относительной поступи. Уравнения RANS решены с помощью Ansys Fluent для оценки гидродинамических характеристик модели изолированного гребного винта типа E779A. Достоверность численных результатов была проверена известными экспериментальными данными; численно-экспериментальное сравнение показало хорошее соответствие. Были представлены и проанализированы значения коэффициентов упора, момента и КПД для различных моделей турбулентности и топологий сетки как в стационарном, так и в нестационарном потоке. Установлено, что использование переходной модели турбулентности в сочетании с гексаэдрической сеткой гарантирует высокий уровень точности определения гидродинамических характеристик изолированного гребного винта.