نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

بهینه‌سازی عددی نسبت فاصله در پروانه حلقه‌بسته دریایی با استفاده از CFD و الگوریتم ژنتیک و مقایسه با پروانه مرجع KP505

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
2 هیئت علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
3 گروه پژوهشی انرژی های دریا پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دانشکده مهندسی مکانیک
4 هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دانشکده مهندسی مکانیک
10.22060/mej.2026.25245.7933
چکیده
در این پژوهش اثر تغییر در نسبت فاصله بر عملکرد یک پروانه حلقه بسته به صورت عددی بررسی و نسبت فاصله‌ی بهینه طی یک فرایند بهینه‌سازی تعیین شد. شبیه‌سازی‌های عددی در محیط نرم‌افزار +STAR-CCM و بهینه‌سازی نیز با الگوریتم ژنتیک انجام شد. پروانه‌های حلقه‌بسته با روشی نوآورانه، برپایه‌ی پروانه‌ی KP505 تولید شدند. شبیه‌سازی‌های عددی در 6 نسبت فاصله‌ انجام شد. به‌منظور ارزیابی نتایج و بهینه‌سازی، ضرایب تراست، گشتاور و بازدهی به‌عنوان توابع هدف درنظر گرفته شدند. نتایج نشان داد ضریب تراست با افزایش نسبت فاصله، در ضرایب پیشروی پایین رفتاری نزولی، در ضرایب پیشروی میانی رفتاری غیر خطی و در ضرایب پیشروی بالا رفتاری صعودی داشت. بررسی مقایسه‌ای نشان داد، ضریب تراست پروانه‌ی حلقه‌بسته، پیش از بهینه‌سازی و در بهترین حالت، در ضریب پیشروی 8/0، 15 درصد نسبت به پروانه‌ی KP505 بیشتر بود. نسبت فاصله بهینه پس بهینه‌سازی معادل 2641/0 به‌دست آمد که بازدهی بیشینه‌ی پروانه حلقه بسته در این نسبت فاصله‌ی برابر با %35/45 بود. مقایسه عملکرد پروانه حلقه بسته بهینه با پروانه KP505 نشان داد، پروانه حلقه‌بسته‌ی بهینه قابلیت افزایش تراست تا 26 درصد (ضریب پیشروی 8/0) نسبت به پروانه KP505 دارد و بازدهی آن نیز در ضریب پیشروی 0/1 به میزان 84/7 درصد افزایش می‌یابد. تحلیل جریان نیز نشان داد افزایش سرعت پشت پروانه و بهبود الگوی فشار در پروانه حلقه‌بسته بهینه، افزایش تراست و کاهش احتمال کاویتاسیون را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Optimizing the Distance-to-Diameter Ratio in a Marine Ducted Propeller Using CFD and Genetic Algorithm, with Comparison to the KP505 Reference Propeller

نویسندگان English

MohammadHasan Ahmadi 1
Rouzbeh Shafaghat 2
Mohsen Zamani 3
Behrad Alizadeh Kharkeshi 4
1 Sea-Based Energy research group, Babol Noshirvani University of Technology
2 Department of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
3 Sea-Based Energy research group, Babol Noshirvani University of Technology
4 Faculty of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
چکیده English

Numerical simulations were performed using STAR-CCM+ software, and optimization was carried out with a genetic algorithm. The ducted propellers were innovatively designed based on the KP505 propeller. Simulations were conducted at six pitch ratios. To evaluate the results and perform optimization, thrust, torque, and efficiency coefficients were considered as objective functions. The results showed that the thrust coefficient exhibited a decreasing trend at low advance ratios, a non-linear behavior at medium advance ratios, and an increasing trend at high advance ratios as the pitch ratio increased. A comparative analysis revealed that before optimization, the ducted propeller's thrust coefficient was at best 15% higher than that of the KP505 propeller at an advance ratio of 0.8. The optimal pitch ratio obtained after optimization was 0.2641, corresponding to a maximum efficiency of 45.35% for the ducted propeller. Performance comparison between the optimized ducted propeller and the KP505 propeller showed that the optimized ducted propeller could increase thrust by up to 26% (at an advance ratio of 0.8) and improve efficiency by 7.84% at an advance ratio of 1.0. Flow analysis also indicated that increased velocity behind the propeller and an improved pressure pattern in the optimized ducted propeller contribute to higher thrust and reduced cavitation risk.

کلیدواژه‌ها English

Numerical study
Ducted propeller
Pitch ratio
Genetic algorithm
KP505 propeller

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 خرداد 1405