Interacción Fluido-Estructura de una Hélice Bajo un Campo de Flujo de Dos Escalas
Autores: Shi, Xiaowei; Huang, Xingrong; Fang, Le
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Interacción Fluido-Estructura de una Hélice Bajo un Campo de Flujo de Dos Escalas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Hélice
Condiciones de entrada
Interacciones multiescala
Simulaciones URANS
Fragmentación de vórtices
Características hidrodinámicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La interacción entre el casco del barco y el movimiento rotacional de la hélice provoca que la hélice opere bajo condiciones de entrada no uniformes. En realidad, el estela efectiva del barco constituye una superposición no lineal compleja de múltiples números de onda. Sin embargo, los estudios existentes a menudo descuidan estas interacciones a múltiples escalas. En este trabajo, se realizan simulaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds no estacionarias (URANS) con un modelo de entrada a dos escalas para investigar la interacción fluido-estructura de una hélice bajo entrada a múltiples escalas. El modelo introduce modos de Fourier a gran escala y a pequeña escala junto con perturbaciones transversales, permitiendo una variación sistemática de las características de entrada. Los resultados revelan que los modos a gran escala amplifican las fluctuaciones de empuje no estacionarias y mejoran la fragmentación de vórtices, mientras que los modos a pequeña escala producen efectos similares pero más débiles, influyendo principalmente en los componentes de alta frecuencia del empuje no estacionario. En contraste, las perturbaciones transversales reducen la no uniformidad de la entrada, suprimen efectivamente las fluctuaciones de empuje de una sola pala y preservan las estructuras de vórtice coherentes de la estela. Este estudio destaca la importancia de los efectos a múltiples escalas en las características hidrodinámicas no estacionarias de las hélices marinas y proporciona información útil para la optimización del diseño de hélices y dispositivos de ahorro de energía.
Descripción
La interacción entre el casco del barco y el movimiento rotacional de la hélice provoca que la hélice opere bajo condiciones de entrada no uniformes. En realidad, el estela efectiva del barco constituye una superposición no lineal compleja de múltiples números de onda. Sin embargo, los estudios existentes a menudo descuidan estas interacciones a múltiples escalas. En este trabajo, se realizan simulaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds no estacionarias (URANS) con un modelo de entrada a dos escalas para investigar la interacción fluido-estructura de una hélice bajo entrada a múltiples escalas. El modelo introduce modos de Fourier a gran escala y a pequeña escala junto con perturbaciones transversales, permitiendo una variación sistemática de las características de entrada. Los resultados revelan que los modos a gran escala amplifican las fluctuaciones de empuje no estacionarias y mejoran la fragmentación de vórtices, mientras que los modos a pequeña escala producen efectos similares pero más débiles, influyendo principalmente en los componentes de alta frecuencia del empuje no estacionario. En contraste, las perturbaciones transversales reducen la no uniformidad de la entrada, suprimen efectivamente las fluctuaciones de empuje de una sola pala y preservan las estructuras de vórtice coherentes de la estela. Este estudio destaca la importancia de los efectos a múltiples escalas en las características hidrodinámicas no estacionarias de las hélices marinas y proporciona información útil para la optimización del diseño de hélices y dispositivos de ahorro de energía.