Assessment of Reynolds-Averaged Navier–Stokes/Blade Element Theory Body Force Method for Propeller Modeling
Evaluation d'une méthode RANS/BET de modélisation d'hélice par termes sources
Résumé
This work presents an actuator disk-like body force method designed for propeller modeling, which is based on a full coupling between computational fluid dynamics (CFD) and blade element theory (BET). An analysis is conducted on the model to identify best practices for source term distribution. It is found that the source term volume shape has no impact on propeller loads and flowfield and that the velocities used for the BET analysis at each radial section should be evaluated exactly where half the source terms have been distributed in the CFD domain. Four tip-loss corrections, including two from literature, are also analyzed and compared to lifting-line and Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) blade-resolved computations. The best practices and the most effective tip-loss correction lead to a final model that is compared to lifting-line, RANS, and unsteady RANS computations for different pitch angles and incidence angles, on the ONERA HAD-1 three-bladed light propeller. The RANS/BET body force model predicts thrust within 3% for axial flow and 8% for cases with incidence. The same accuracy is obtained for wake prediction.
Ce travail présente une méthode par terme source de type disque action conçue pour la modélisation des hélices, qui est basé sur un couplage complet entre la dynamique des fluides computationnelle (CFD) et la théorie de l'élément de pale (BET). Une analyse est menée sur le modèle afin d'identifier les meilleures pratiques pour répartition des termes sources. On constate que la forme du volume du terme source n'a pas d'impact sur les charges de l'hélice et le champ d'écoulement, et que les vitesses utilisées pour l'analyse BET à chaque section radiale doit être évaluée exactement là où la moitié des termes sources ont été distribués dans le volume fluide. Quatre corrections de bout de pale, dont deux issues de la littérature, sont également analysées et comparées aux calculs résolus par ligne portante et CFD. Les meilleures pratiques et la correction de bout de pale la plus efficace conduisent à un modèle final qui est évalué pour différents angles de calagage et angles d'incidence, sur l'hélice légère tripale HAD-1 de l'ONERA. Le modèle RANS/BET prévoit une poussée dans les 3 % pour un écoulement axial axial et 8 % pour les cas avec incidence. La même précision est obtenue pour la prévision du sillage.
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2023_AIAAJ_Assessment_RANSBET_Bodyforce_Method_Propeller_Modeling_Revisions.pdf (4.96 Mo)
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