Modellazione teorico numerica del flusso attorno ad un'elica navale in un tunnel idrodinamico.

The present Master Science Thesis describes the theoretical and numerical model developed to address the flow around an isolated propeller operating as in a hydrodynamic cavitation testing tunnel. The fluidynamic model is based on a Boundary Element Model (BEM), recognised to be robust with limited computational efforts required. It is applied to address the flow around generalised rotoric/statoric systems. The solution is obtained in terms of the time-marching scalar velocity potential under unviscid flow assumptions. Mutual bodies interaction coefficients are decomposed by means of Fourier serie to limit computational burden, resulting from a sensitivity analysis on the error introduced. The resulting equation system is solved through an iterative procedure. Main quantities as thrust, torque, induced velocity and pressure in the field are calculated from the solution in terms of velocity potential. The confinement effect of tunnel walls is also quantified with respect to propeller loads and pressure fluctuation on tunnel walls. In particular, numerical results are validated against predictions of different numerical models and experimental data of the propulsive test-case.

Nel presente lavoro di tesi viene descritto un modello teorico-computazionale per l'analisi idrodinamica di eliche operanti all'interno di un tunnel sperimentale di cavitazione. Il modello fluidodinamico si basa su un Metodo agli Elementi di Contorno (BEM), riconosciuto come affidabile e con limitati oneri computazionali. E' applicato per caratterizzare il flusso attorno a generici sistemi rotore/statore. La soluzione è ottenuta in termini di un tempo-variante scalare potenziale di velocità, sotto l'ipotesi di flusso non viscoso. I coefficienti di mutua influenza tra i corpi sono decomposti in termini di serie di Fourier per limitare l'onere computazionale, successivamente ad una analisi di sensibilità sull'errore introdotto. Il sistema di equazioni risultante è risolto mediante una procedura iterativa. Le principali grandezze come la spinta, la coppia, la velocità indotta e la pressione sulle pareti del tunnel sono calcolate a partire dalla soluzione in termini di potenziale di velocità. Anche l'effetto di confinamento delle pareti del tunnel sui carichi e sulle fluttuazioni di pressione sulle pareti del tunnel è quantificato. In particolare, i risultati numerici sono validati mediante confronti con diversi modelli numerici e con dati sperimentali del test case propulsivo.