Hidrodinàmica Numèrica

CFD (Computational Fluid Dynamics)

El CEHIPAR disposa d'eines per a la simulació matemàtica amb ajuda d'ordinador, amb tècniques de CFD (Computational Fluid Dynamics), adaptades per a l'optimització dels projectes de carenes i propulsors, previ a la realització d'assajos amb el model.

Per a la modificació de les formes de les carenes es disposa d'eines per al càlcul del fluix al voltant de la carena a distintes velocitats. És possible realitzar càlculs de fluix potencial, de capa límit i amb fluix viscós, si bé aquest últim càlcul està limitat únicament a la meitat de popa del buc.

Per al disseny de propulsores es disposa de programes capaços de calcular per teoria de circulació el comportament d'una hèlix, aportant com resultats les forces estacionàries i no estacionàries, la seva forma de cavitació, els harmònics generats i fins i tot les fluctuacions de pressió induïdes en la bovedilla pel funcionament de l'hèlix.

Característiques

Carenes

Per a l'estudi i modificació de les formes de les carenes s'utilitzen dos programes comercials, SHIPFLOW de l'empresa sueca Flowtech International i RAPID de MARIN en Wageningen (Holanda), juntament amb una gran quantitat de programes auxiliars desenvolupats pel CEHIPAR que permeten enllaçar aquests programes amb els sistemes de CAD/CAM existents en el centre.

El programa SHIPFLOW permet la realització de càlculs potencials lineals i no lineals per un mètode de panells, càlculs de capa límit i càlculs de fluix viscós per un mètode k-e a la meitat de popa del buc. Inclou, entre uns altres, càlculs potencials amb superfícies de sustentació, simulació d'hèlix activa i càlculs en aigües poc profundes.

El programa RAPID permet la realització de càlculs potencials no lineals, incloent superfícies sustentadoras.

Els principals resultats que es poden obtenir amb els programes de càlcul de carenes són:

• Campos de pressions i velocitats sobre la carena i en la superfície de l'aigua.
• Distribució de l'ona sobre la superfície lliure, en els càlculs potencials.
• Perfil de l'ona generada pel buc, en els càlculs potencials.
• Línies de corrent.
• Línies límit de corrent.
• Distribució del coeficient de fricció.
• Espessor de capa límit.
• Forces de sustentació en superfícies sustentadoras, en els càlculs potencials.

Propulsors

Per a l'anàlisi del comportament de l'hèlix s'utilitza tant el mètode de la superfície de sustentació no estacionària en la seva modalitat VLM com el mètode de panells perfeccionant la descripció de la cavitació tipus làmina, l'alineament del deixant de l'hèlix i introduint correccions per viscositat, per remolí de punta de pala i per forma de la vora d'entrada. Es pot calcular la interacció de l'hèlix amb la carena utilitzant un mètode de panells de baix ordre i el mètode de les imatges

La validació parcial dels resultats, comparant amb assajos de models, demostra una suficient precisió de la predicció, en la majoria dels casos pràctics. Es recomana l'ús d'aquests programes durant la fase inicial del projecte del vaixell per a millorar les seves prestacions de forma qualitativa.

Els principals resultats que es poden obtenir amb els programes de càlcul de propulsors són:

• Corbes característiques de l'hèlix i rendiment en diversos règims de funcionament en aigües lliures.
• Embranzida, potència i rendiment de l'hèlix funcionant darrere de la carena per a un règim de funcionament especificat.
• Les 6 components dels esforços i moments vibratorios sobre cada pala i l'eix.
• La forma de cavitació làmina en distintes posicions angulars de les pales.
• Els harmònics de canvi de volum de les cavitats.
• La distribució de pressió en la superfície de les pales.
• Les amplituds de les pressions pulsatorias sobre la bovedilla.
• La distribució del deixant efectiu.

Resultats

Els resultats que s'obtenen amb els diferents programes es poden presentar gràfica o numèricament.