Design og anvendelse av en eksperimentell hydrofoil testrigg

Abstract

I dette masterprosjektet designes og konstrueres en eksperimentell testrigg for hydrofoiler. For å undersøke testriggens yteevne benyttes den godt dokumenterte foilen NACA0018 som testobjekt. Preliminære eksperimentelle forsøk utføres ved Høgskulen på Vestlandets (HVL) hydrodynamiske laboratorium MarinLab. Her utføres det slepetester med ulike hastigheter som tilsvarer relativt lave Reynolds tall (Re), hvor foilens hydrodynamiske egenskaper i form av todimensjonale løft- og dragkoeffisienter måles. I tillegg utføres det numeriske analyser av strømningen over den aktuelle foilen ved hjelp av Computational fluid dynamics (CFD) i OpenFOAM og Xfoil. Prosjektet muliggjør fremtidig utvikling og forskning på foiler ved HVL. Optimalisering og videreutvikling av foilteknologi kan ha en betydning for energiøkonomien i en verden med et økende energibehov. Resultater fra numeriske analyser viser godt samsvar i den lineære delen av løftkurven. I steilingsområdet observeres større grad av spredning ved de laveste Re. Totalt sett viser resultatene fra OpenFOAM høyere løft- og lavere dragprediksjoner enn resultater fra Xfoil. Resultater fra Xfoil med et høyt turbulensnivå viser godt samsvar med valideringsdata fra National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Resultater fra eksperimentelle forsøk indikerer at det er større turbulens i fristrømmen enn opprinnelig antatt. Resultatene kan også tyde på at 3D-effekter kan ha oppstått i strømningen. Det observeres betydelig økt drag under eksperimentelle forsøk sammenlignet med CFD-analyser og valideringsdata fra NACA. Dette kan tyde på økt drag fra selve testriggen. Det er derfor behov for videre utprøving og optimalisering av testriggen. Arbeidet som beskrives i denne masteroppgaven representerer første trinn i prosessen mot en optimalisert testrigg for hydrofoiler. Prosjektet undersøker foilens grunnleggende hydrodynamiske egenskaper med utarbeidet testoppsett. Foreliggende masterprosjekt danner et grunnlag som videre kan forbedres og anvendes innenfor andre områder i kommende studier.