Development of viscous CFD technique for cavitating propeller using improved interface capturing scheme and cavitation modeling

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04872
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: Sakamoto Nobuaki 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80550003)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 舶用プロペラ / キャビテーション / THINC法 / 構造重合格子 / 有限体積法

Outline of Final Research Achievements

On evaluating cavitation extent around marine propellers using viscous CFD, computations tend to depent on commertial CFD solver with unstructured grid which sometimes yields high computational expense since very fine grid is to be prepared to prevent numerical diffusion of cavitation interface. In the present study, structured overset FVM solver becomes the base of development. On the solver, algebraic-type VoF advection scheme "THINC" is implemented, in the meantime, two fundamental cavitation models (Zwart-Geber-Belamri, Schnerr-Sauer) based on simplified Rayleigh-Plesset equation are introduced. Resultant code are able to solve unsteady cavitation phenomena around 2D naca0015 and a 3D marine propeller operating in a ship wake without/with energy saving device.

Free Research Field

船舶流体力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、従来非構造格子ベースの商用ソルバーに依存しがちであった、舶用プロペラ周りに発生するキャビテーションの推定を、構造重合格子ベースの自作ソルバーを用い、比較的少ない格子数で精度良く計算可能とするための粘性CFD計算コードを開発した。ソルバーのキャビテーション計算に対する精度については、より定量的な検証が必要とはなるものの、比較的低い計算負荷で、舶用プロペラに発生するキャビテーション計算を可能とする基礎技術の開発が完了したと考えられる。