بررسی پدیده کاویتاسیون و انتشار نویز در پروانه‌های رانش دریایی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی مالک اشتر-اصفهان

2 دانشگاه فنی و حرفه ای شماره یک پسران (شهید مفتح همدان)

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی، چابهار

چکیده

پروانه های دریایی اعضای مهم و حیاتی هستند که ارتباط میان موتور شناور و آب را برقرار می‎کنند و قسمت اعظم توان تولید‎شده توسط آن‎ها به حرکت روبه‌جلو شناور تبدیل می‎شود. پدیده‎ کاویتاسیون یکی از مسائل مهم در طراحی پروانه شناور است و از آن می توان به عنوان معیاری جهت طراحی نام برد زیرا در صورت وقوع این پدیده ناخواسته ضمن کاهش مزایای آکوستیکی پروانه کشتی دچار فرسودگی می ‎شود و در برخی موارد صدمات جبران ‎ناپذیری می بیند. در طراحی شناورها نویز باعث ایجاد محدودیت‌های نسبتا مختلفی می گردد که این محدودیت ها در دو حوزه مورد بحث قرار میگیرند، نخست تاثیر نویز بر روی سنسورها و سامانه های سلاح های خودی و دوم تاثیر این نویز در اطراف کشتی است که یکی از عوامل شناسایی توسط سامانه های شناسایی دشمن است. در شناورهای زیرسطحی مهمترین پارامتر در طراحی پروانه فاکتور میزان اختفا و کاهش سطح نویز انتشاری می باشد. ورتکس نوک پره پروانه را می توان یکی از قویترین منابع تولید نویز، کاهش تراست و راندمان و عامل ارتعاشات القایی روی بدنه معرفی کرد که با بهینه سازی نوک پره میزان سطح نویز را می توان تا حد مطلوبی کاهش داد. لذا بایستی فاکتورهای هندسی تاثیر گذار بر روی هندسه نوک پره برای رسیدن به این مهم بهینه گردند. در این پژوهش سعی بر این است که پدیده کاویتاسیون معرفی و معایب آن بررسی شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] H.v. Helmholtz,"Über Integrale der hydrodynamischen Gleichungen, welche den Wirbelbewegungen entsprechen," 1858.##[2] D. Ross and W. Kuperman, "Mechanics of underwater noise," Ed: Acoustical Society of America, 1989.##[3] G.V. Frisk, "Noiseonomics: The relationship between ambient noise levels in the sea and global economic trends," Scientific reports, vol. 2, no. 1, pp. 1-4, 2012.##[4] E. Weitendorf, "On the history of propeller cavitation and cavitation tunnels," in Fourth International Symposium on Cavitation, 2001: California Institute of Technology Pasadena.##[5] Y. Wang, K. Wang, and M. Abdel-Maksoud, "noiseNet: A neural network to predict marine propellers’ underwater radiated noise," Ocean Engineering, vol. 236, p. 109542, 2021.##[6] S. Sezen, D. Uzun, R. Ozyurt, O. Turan, and M. Atlar, "Effect of biofouling roughness on a marine propeller's performance including cavitation and underwater radiated noise (URN)," Applied Ocean Research, vol. 107, p. 102491, 2021.##[7] S. Sezen, T. Cosgun, A. Yurtseven, and M. Atlar, "Numerical investigation of marine propeller underwater radiated noise using acoustic analogy Part 2: The influence of eddy viscosity turbulence models," Ocean Engineering, vol. 220, p. 108353, 2021.##[8] G. Ku, J. Cho, C. Cheong, and H. Seol, "Numerical investigation of tip-vortex cavitation noise of submarine propellers using hybrid computational hydro-acoustic approach," Ocean Engineering, vol. 238, p. 109693, 2021.##[9] D. Noble, N. Sponagle, and L. Leggat, "DREA propeller cavitation research," UNICLASSIFID aI" L1~* Rbi~ t I, p. 421, 1987.##[10] J.-H. Kao, "An inverse tracing method (ITM) to solve the radiating noise induced by the marine propeller sheet cavitation with experimental verifications," Ocean Engineering, vol. 234, p. 109240, 2021.##[11] A. Ebrahimi, A. Razaghian, A. Tootian, and M. Seif, "An experimental investigation of hydrodynamic performance, cavitation, and noise of a normal skew B-series marine propeller in the cavitation tunnel," Ocean Engineering, vol. 238, p. 109739, 2021.##[12] G. Dubbioso, R. Muscari, F. Ortolani, and A. Di Mascio, "Numerical analysis of marine propellers low frequency noise during maneuvering," Applied Ocean Research, vol. 106, p. 102461, 2021.##[13] W.-S. Choi et al., "Time domain broadband noise predictions for non-cavitating marine propellers with wall pressure spectrum models," International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, vol. 13, pp. 75-85, 2021.##[14] G. Tani et al., "Noise measurements of a cavitating propeller in different facilities: Results of the round robin test programme," Ocean Engineering, vol. 213, p. 107599, 2020.##[15] C. Park, G. Do Kim, G.-T. Yim, Y. Park, and I. Moon, "A validation study of the model test method for propeller cavitation noise prediction," Ocean Engineering, vol. 213, p. 107655, 2020.##[16] J.-H. Kao and Y.-J. Lin, "Predicting the dipole noises of the marine propeller with verifications by experimental measurements," Ocean Engineering, vol. 209, p. 107451, 2020.##[17] A. Ebrahimi, A. Razaghian, M. Seif, F. Zahedi, and A. Nouri-Borujerdi,"A comprehensive study on noise reduction methods of marine propellers and design procedures," Applied Acoustics, vol. 150, pp. 55-69, 2019.##[18] J. Carlton, Marine propellers and propulsion. Butterworth-Heinemann, 2018.##[19] S.R. Bistafa, "Investigation of a water turbine built according to Euler's proposals (1754),"arXiv preprint arXiv: 2108.12048, 2021.##[20] R. M. C. Pty, Reducing underwater noise pollution from large commercial vessels. International Fund for Animal Welfare, 2009.##[21] G. Zhang, D. Zhang, M. Ge, M. Petkovšek, and O. Coutier-Delgosha, "Experimental investigation of three distinct mechanisms for the transition from sheet to cloud cavitation," International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 197, p. 123372, 2022.##[22] P. Rosales-Pelaez, I. Sanchez-Burgos, C. Valeriani, C. Vega, and E. Sanz, "Seeding approach to nucleation in the N V T ensemble: The case of bubble cavitation in overstretched Lennard Jones fluids," Physical Review E, vol. 101, no. 2, p. 022611, 2020.##[23] M. Fukushima, K. Fukuda, and T. Tachikawa, "Research of Root Cavitation Erosion," in the 9th Conference on Computational Methods in Marine Engineering (Marine 2021), 2022.##[24] E. Kadivar, M. V. Timoshevskiy, M. Y. Nichik, O. El Moctar, T. E. Schellin, and K. S. Pervunin, "Control of unsteady partial cavitation and cloud cavitation in marine engineering and hydraulic systems," Physics of Fluids, vol. 32, no. 5, p. 052108, 2020.##[25] A. Peters, "Numerical Modelling and Prediction of Cavitation Erosion Using Euler-Euler and Multi-Scale Euler-Lagrange Methods," Dissertation, Duisburg, Essen, Universität Duisburg-Essen, 2019, 2020.##[26] M. van Rijsbergen, "A review of sheet cavitation inception mechanisms," in 16th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, 2016.##[27] B. Aktas et al., "Propeller cavitation noise investigations of a research vessel using medium size cavitation tunnel tests and full-scale trials," Ocean engineering, vol. 120, pp. 122-135, 2016.##[28] H. Yang, S. Shen, X. Yao, M. Sheng, and C. Wang, "Competitive deep-belief networks for underwater acoustic target recognition," Sensors, vol. 18, no. 4, p. 952, 2018.##[29] C. Xie, J. Liu, J.-W. Jiang, and W.-X. Huang, "Numerical study on wetted and cavitating tip-vortical flows around an elliptical hydrofoil: Interplay of cavitation, vortices, and turbulence," Physics of Fluids, vol. 33, no. 9, p. 093316, 2021.##[30] P. Pennings, J. Bosschers, J. Westerweel, and T. Van Terwisga, "Dynamics of isolated vortex cavitation," Journal of Fluid Mechanics, vol. 778, pp. 288-313, 2015.## [31] L. Davidson,"Transport equations in incompressible URANS and LES," in Publication 2006/01, Chalmers University of Technology, 2006.##[32] P. Pennings, J. Westerweel, and T. van Terwisga,"Cavitation tunnel analysis of radiated sound from the resonance of a propeller tip vortex cavity," International Journal of Multiphase Flow, vol. 83, pp. 1-11, 2016.##