Open-Water Performance of a KCA Propeller Model Through CFD

O estudo de hélices em água aberta é realizado, geralmente, através de experimentos físicos que podem requerer elevados recursos financeiros e tempo. Neste trabalho, para diminuir o gasto de recursos, utiliza-se a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para analisar dois modelos de propulsores marítimos em simulação em água aberta: um propulsor da série sistemática Wageningen (série b) e um propulsor da série sistemática Gawn-Burrill (KCA). A geometria do modelo da série b foi obtida através de um gerador de hélices e a geometria do modelo KCA foi fornecida pelo Instituto de Pesquisa Tecnológica, em seguida, realizou-se adaptações por meio do software FreeCAD. A simulação, para ambos os casos, foi realizada através do software OpenFOAM com o solver “PimpleFoam”, considerando um regime transiente, um escoamento turbulento reproduzido pelo modelo de turbulência k-ε (RANS), as propriedades termofísicas constantes e sem considerar o efeito de cavitação. O modelo da série b, com velocidade de rotação de 400,01 rad/s, apresentou pressão cinemática entre 120 e -290 e velocidade máxima de fluxo de 12 m/s. Enquanto o modelo KCA, com velocidade de rotação de 273,57 rad/s, apresentou uma pressão cinemática entre 130 e -60 e uma velocidade máxima de escoamento de 8 m/s. Ainda foram realizadas simulações consecutivas, com diferentes rotações, para analisar os coeficientes hidrodinâmicos de empuxo (KT) e torque (KQ) e a eficiência (ƞ) dos hélices. Por fim, para a validação dos resultados simulados, calculou-se o percentual da diferença entre os valores obtidos com a simulação e os valores experimentais registrados na literatura. Onde, o modelo da série b apresentou uma discrepância entre 0,7% a 15,3% para o KT, 0,4% a 8,7% para o KQ e 0,3% a 6,2% para a ƞ. Enquanto, o modelo da série KCA exibiu um desvio entre -0,004% a 5,2% para o KT, -0,9% a 11,6% para o KQ e 1,2% e 16,8% para a ƞ. Por fim, observou-se que a pesquisa obteve resultados dentro da margem de erro aceitável.